Fundamentos do Processo de Fabricação por Usinagem

Fundamentos do processo de fabricação por usinagem Prof Gustavo Simão Rodrigues Descrição As máquinasferramentas e seus empregos nos principais processos de fabricação mecânica por usinagem O estudo dos parâmetros de corte Os materiais e as ferramentas de corte O estudo de forças e potências na usinagem Propósito Compreender a importância do processo de fabricação por usinagem graças ao estudo das operações que possibilitam a transformação de matériaprima bruta ou semiacabada em componentes mecânicos empregados nos mais diversos segmentos da indústria Preparação Antes de iniciar a leitura deste conteúdo tenha em mãos uma calculadora científica Objetivos Módulo 1 Máquinasferramentas Identificar as principais máquinasferramentas seus componentes e suas aplicações Módulo 2 Padrões de corte Reconhecer o comportamento das operações de usinagem a partir dos parâmetros de corte Módulo 3 Ângulos das ferramentas de corte Identificar os ângulos formadores da geometria da ferramenta de corte e os principais materiais empregados Módulo 4 Força e potência da usinagem Calcular a força e a potência de usinagem no torneamento Introdução Olá Antes de começar seu estudo assista ao vídeo a seguir e compreenda os conceitos de processo de usinagem e sua importância 1 Máquinasferramentas Ao final deste módulo você será capaz de identificar as principais máquinasferramentas seus componentes e suas aplicações Vamos começar Identificação das máquinasferramentas Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão abordados neste módulo Para assistir a um vídeo sobre o assunto acesse a versão online deste conteúdo Processos de fabricação por usinagem O processo de fabricação por usinagem consiste em conferir à matériaprima forma dimensões e acabamento ou uma combinação deles para produzir uma peça ou um componente A principal característica da usinagem é a fabricação de peças por remoção de material sob a forma de cavaco O cavaco caracterizase por possuir uma forma irregular sendo retirado da matériaprima seja ela bruta ou semiacabada por ferramenta de corte especialmente projetada para tal finalidade Veja alguns exemplos a seguir Máquina de corte de torneamento de metal Máquina de moagem de torno mecânico De todos os processos de fabricação existentes o processo de fabricação por usinagem é o que permite a obtenção do melhor acabamento superficial da peça e consequentemente a menor tolerância dimensional do produto acabado As máquinasferramentas são os equipamentos nos quais o processo de fabricação por usinagem ocorre a partir do contato da matériaprima com a ferramenta de acordo com parâmetros de corte adequados para a operação que se deseja As principais máquinasferramentas utilizadas no processo de fabricação por usinagem são Torno mecânico Fresadora Furadeira Plaina limadora Retificadora Brochadeira Falaremos detalhadamente sobre cada uma delas a seguir Torno mecânico Definição Tratase de uma máquinaferramenta destinada à usinagem de sólidos de revolução Em geral os tornos mecânicos são utilizados para a usinagem de componentes mecânicos cuja seção reta é circular Veja o exemplo nas imagens a seguir Processo de torneamento longitudinal no torno mecânico Máquina de torneamento Partes componentes As principais partes componentes do torno mecânico universal são Classificação e características Para atender aos mais diversos perfis e dimensões de componentes mecânicos a se fabricar a indústria metalmecânica dispõe de uma variedade de tornos cujas concepções apresentam diferenças relativas a dimensões características técnicas formas construtivas e aplicações entre outros aspectos Na seleção adequada do tipo de torno é preciso considerar Dimensão As dimensões e a geometria das peças a serem produzidas Potência A potência instalada no motor principal do torno mecânico Quantidade A quantidade de peças a ser produzida Precisão O grau de precisão exigido Quanto à classificação os principais tipos são Torno horizontal Também conhecido como torno universal ele é o mais comum entre os tipos de tornos podendo realizar a usinagem de superfícies externas e internas Por apresentar poucas opções de fixação para a troca rápida de ferramentas não oferece boas condições de uso na fabricação em série Ele pode ser empregado para a usinagem de peças com pequenas médias e grandes dimensões possibilitando boa precisão dimensional e bom acabamento superficial O torno horizontal requer operador mão de obra qualificado no controle dos movimentos necessários à remoção contínua de material da peça cavaco Torno vertical O torno vertical é indicado para a usinagem de peças com grande peso e de difícil manuseio e deslocamento mecânica pesada Caracterizase por ter a placa de fixação da peça na vertical com a ferramenta fixada em um carro que se desloca na horizontal através de um braço Requer operador mão de obra qualificado no controle dos movimentos necessários à remoção contínua de material da peça cavaco Torno revólver O torno revólver tem como característica a fabricação seriada de peças Sua peculiaridade é o cabeçote múltiplo móvel que permite a fixação de várias ferramentas com troca rápida possibilitando a execução de operações de usinagem com rapidez preferencialmente em peças de pequenas dimensões Requer operador mão de obra qualificado no controle dos movimentos necessários à remoção contínua de material da peça cavaco Torno automático Permite a fabricação de peças de formas cilíndricas automaticamente de maneira seriada e contínua desde a entrada da matériaprima até a elaboração do produto final sem haver interferência humana durante o processo de fabricação Os primeiros tornos automáticos eram totalmente mecânicos e os carros portaferramenta acionados por cames sendo utilizados até hoje para a fabricação de peças de geometria simples e a produção de um número grande de peças Requer um operador mão de obra altamente qualificado e experiente para a preparação de máquina uma vez que os movimentos necessários à remoção contínua de material da peça cavaco são automatizados Torno CNC Ele é chamado de CNC que significa comando numérico computadorizado Tratase de uma máquina ferramenta cujos movimentos necessários à remoção de material da peça são controlados por um equipamento eletrônico denominado controle ou comando numérico A programação desse equipamento permite a usinagem de peças com alta precisão dimensional e de acabamento superficial Seu emprego é recomendado na produção de médias quantidades de peças com pequenas e médias dimensões em que a precisão dimensional e qualidade de acabamento superficial são importantes requisitos de projeto Existem ainda os tornos semiautomáticos o platô os copiadores e os detalonadores Comentário Informações sobre as características e as aplicações dessas máquinasferramentas poderão ser encontradas mediante pesquisa na internet e nos catálogos dos fabricantes Apresentaremos agora algumas das principais operações de usinagem realizadas em um torno mecânico Torneamento externo longitudinal 1 curvilíneo 2 e de faceamento 3 Sagramento radial Sangramento axial frontal Perfilamento Fresadora Como em qualquer máquinaferramenta na seleção adequada do tipo de fresadora é necessário considerar a Dimensão As dimensões e a geometria das peças a serem produzidas Potência A potência instalada no motor principal da fresadora Quantidade A quantidade de peças a ser produzida Precisão O grau de precisão exigido Os principais tipos de fresadoras são Fresadora universal A fresadora universal se caracteriza por dispor de cabeçotes com eixosárvore na horizontal e na vertical podendo realizar tanto operações de fresamento tangencial quanto de fresamento frontal Fresadora vertical A fresadora vertical dispõe somente de cabeçote com eixoárvore vertical podendo realizar operações de fresamento frontal ou de topo São máquinas robustas e empregadas em serviços com necessidade de grandes potências devido à grande rigidez permitida pela forma da coluna e pela disposição da cadeia cinemática engrenagens eixos e rolamentos Principais operações de usinagem realizadas em uma fresadora Quatro operações realizadas em uma fresadora são consideradas as principais Fresamento cilíndrico tangencial Ele pode ser Fresamento tangencial concordante No fresamento concordante o sentido de rotação da fresa coincide com o do movimento de avanço da peça fixada sobre a mesa da fresadora Esse tipo de fresamento é recomendado quando se deseja um melhor acabamento superficial uma vez que a peça é pressionada contra a mesa da fresadora assegurando uma boa fixação No entanto isso requer que a quantidade de material removido em cada passe da ferramenta seja pequena para reduzir o choque sobre o dente da fresa no início do corte Fresamento tangencial discordante No fresamento discordante o sentido de rotação da fresa é contrário ao do movimento de avanço da peça fixada sobre a mesa da fresadora Nesse tipo de fresamento o contato da ferramenta com a peça é mais suave permitindo maior remoção de cavaco por passe da ferramenta No entanto isso requer um bom sistema de fixação da peça na mesa da fresadora Fresamento frontal ou de topo Ele pode ser Fresamento frontal de cantos Fresamento frontal de faceamento Fresamento de engrenagens Este tipo de fresamento é representado na imagem a seguir Fresamento de canais Furadeira O grau de precisão exigido Furadeiras portáteis industrial ou residencial São furadeiras de fácil manuseio o motor realiza o movimento circular de corte da broca o operador o movimento de avanço Elas são empregadas quando há necessidade de deslocamento da furadeira para a posição do furo Furadeiras de colunabancada São máquinas de produção unitária ou em série empregadas quando há possibilidade de o operador movimentar a peça para a posição do furo ou seja quando a peça possui pequenas e médias dimensões Possuem uma coluna de união entre a base e o cabeçote portaferramenta possibilitando a furação dos mais diversos tipos de perfis de peças Furadeiras radial Tratase de máquinas de produção unitária ou em série sendo empregadas em peças de grande porte pesadas nas quais existe a necessidade de o operador movimentar a broca para a posição do furo Essas furadeiras possuem um braço por onde se desloca o carro portaferramenta possibilitando o deslocamento da broca para a posição do furo Existem ainda as furadeiras sensitivas e com cabeçotes múltiplos Faça uma pesquisa na internet para conhecer melhor essas classes de furadeiras Principais operações de usinagem realizadas em uma furadeira Quatro operações realizadas em uma furadeira são consideradas as principais Furação plena ou em cheio O furo é realizado de uma só vez Furação com préfuração É feita inicialmente uma préfuração com uma broca de menor diâmetro para em seguida aumentar o furo com uma broca de maior diâmetro Alargamento de furos É realizado um alargamento com ferramentas denominadas alargadores destinandose à melhoria da rugosidade superficial da peça Escariamento O objetivo é alargar a entrada do furo para facilitar o acesso ou a proteção da cabeça de parafusos A plaino limadora é uma máquinaferramenta que utilizando o mesmo tipo de ferramenta de corte do torno mecânico destinase à usinagem de rasgos ranhuras perfis e superfícies planas ou inclinadas Os principais elementos usados por aplainamento são Aplainamento de guias Aplainamento de superfícies planas ou inclinadas Aplainamento de perfis Aplainamento de rasgo de chaveta Aplainamento de rasgos Aplainamento de ranhuras em T Atenção Geralmente esse tipo de máquinaferramenta é empregado na etapa final de fabricação de uma peça ou seja após ela ter sido submetida a operações de usinagem realizadas no torno mecânico na fresadora ou na furadeira Na retificadora é possível obter superfícies com excelente acabamento superficial baixa rugosidade superficial como as superfícies retificadas do virabrequim e tolerâncias dimensionais na ordem de milésimos de milímetro Veja um exemplo na imagem a seguir Virabrequim A ferramenta de corte usada na retificação é o rebolo composto por grãos abrasivos de óxido de alumínio ou carboneto de silício que são efetivamente as ferramentas de corte unidos por um material aglomerante denominado liga Essa liga pode ser vitrificada resinoide e goma laca entre outras Veja um exemplo dessa ferramenta de corte a seguir Rebolo Partes componentes As principais partes de uma retificadora são ilustradas abaixo Retificadora Classificação e características Existem três tipos de retificadoras Retificadora plana Este tipo de máquinaferramenta é usado para retificar todos os tipos de superfícies planas O movimento transversal em conjunto com o longitudinal permite que a ferramenta percorra toda superfície a ser usada Observe alguns exemplos na imagens a seguir Retificadora plana e retificação plana Retificadora cilíndrica universal Com essa máquina é possível realizar o processo de retificação de superfícies cilíndricas externas e internas além de superfícies cônicas Veja alguns exemplos na imagens a seguir Retificadora cilíndrica universal Retificadora cilíndrica externa Retificadora cilíndrica interna Retificadora sem centros centerless Este tipo de retificadora é automática e usada na produção em série A peça é conduzida pelo rebolo e pelo disco de arraste sendo esse disco responsável pelo avanço da peça Veja alguns exemplos na imagens a seguir Retificadora centerless Disco de arraste e rebolo Retificação cilíndrica externa em série Principais operações de usinagem realizadas em uma retificadora As operações de retificação podem ser Brochadeira Classificação e características material alojada em uma região denominada região de alojamento do cavaco Veja a diferença entre eles Altura entre os dentes É um parâmetro de usinagem denominado avanço por dente fz unidade mmgolpe por dente Altura total de cavaco removido É um parâmetro de usinagem denominado avanço f unidade mmgolpe da brocha Normalmente as brochas são fabricadas em aço rápido e passam por um tratamento térmico para suportar o grande esforço empregado durante a operação de brochamento Veja na imagem a seguir Brocha Em que O brochamento é uma operação de usinagem utilizada para realizar os mais diversos perfis de rasgos e estrias na peça Apresentaremos adiante alguns perfis de peças e brochas industriais f z avanço por dente mm golpe por dente f avanço mm golpe Peça industrial Peça industrial Brochas industriais Processos não convencionais de usinagem de ação única Eletroerosão por faísca Corte por plasma Corte por laser Processos por ação química Utilizam reagentes como ácidos e soluções alcalinas no ataque químico de metais para remover pequenas quantidades de metal da superfície Processos por ação eletroquímica Tratase de uma emoção controlada de material por dissolução anódica em uma célula eletrolítica na qual o material a ser usinado é o ânodo e a ferramenta o catodo Processo por ação do ultrassom A ferramenta vibra sobre a peça mergulhada em um meio líquido com pó abrasivo em suspensão O martelamento produzido pelas vibrações proporciona uma erosão no material formando uma cavidade com a forma negativa da ferramenta Processo por ação do jato dágua É o corte de materiais com água a extrema pressão combinando tal pressão com a incorporação de algum material abrasivo como o carbeto de silício Essa técnica consiste na projeção sobre a superfície do material a ser cortado de um jato de água a uma pressão entre 2500 e 3000bar com um fluxo de água entre 20 e 40lmin Na imagem a seguir é possível ver um exemplo desse processo Processo por ação do jato dágua 2 Padrões de corte Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 Que operação e máquinaferramenta são indicados para a usinagem em série de uma peça cilíndrica que em sua superfície externa requer alta precisão dimensional com rugosidade superficial muito baixa superfície com excelente acabamento superficial Parabéns A alternativa E está correta Para se obter alta precisão dimensional em uma superfície cilíndrica externa que requer baixa rugosidade superficial a operação de usinagem indicada é a retificação cilíndrica externa Considerando que a usinagem deve ser em série a retificadora tem de ser a centerless A Torneamento e torno mecânico B Retificação cilíndrica externa e retificadora universal C Retificação plana e retificadora plana D Retificação cilíndrica interna e retificadora universal E Retificação cilíndrica externa e retificadora centerless Questão 2 Imagine que você trabalhe como engenheiro de processos na indústria XYZ Sabendo que o acabamento superficial da engrenagem não requer alta precisão quais operações você selecionaria para a usinagem do furo central dos três furos posicionados de modo equidistantes no corpo da engrenagem dos dentes da engrenagem e do rasgo de chaveta existente no furo central Parabéns A alternativa C está correta Para a usinagem do furo central a operação seria o torneamento interno no torno mecânico com ferramenta monocortante Para a realização dos três furos equidistantes a furação na furadeira com o uso de brocas Para a usinagem dos dentes da engrenagem o fresamento com fresa de perfil constante E para a usinagem do rasgo de chaveta no furo central o brochamento com o uso de uma brocha A Torneamento externo furação fresamento e retificação B Torneamento interno aplainamento furação e brochamento C Torneamento interno furação fresamento e brochamento D Torneamento interno aplainamento fresamento e furação E Torneamento externo fresamento brochamento e retificação Ao final deste módulo você será capaz de reconhecer o comportamento das operações de usinagem a partir dos parâmetros de corte Vamos começar Identificando os parâmetros de corte Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão abordados neste módulo Movimentos necessários à remoção contínua de cavaco Para a identificação dos movimentos relativos entre peça e ferramenta de corte que possibilitam a remoção contínua de cavado vamos considerar as seguintes convenções Convenção 1 Para a análise dos movimentos consideraremos que a peça esteja estática parada e a ferramenta assuma todos os movimentos OBS Uma vez identificados os movimentos necessários à remoção contínua de cavaco em qualquer máquinaferramenta a depender da configuração da máquina esses movimentos poderão ser realizados pela peça ou pela ferramenta de corte Convenção 2 A identificação desses movimentos será realizada por meio da análise do deslocamento de um ponto de referência P que estará situado sempre em uma parte integrante da cunha cortante da ferramenta de corte uma aresta um dente uma navalha Os movimentos podem ser classificados como aqueles que Não tomam parte direta na remoção do cavaco Tomam parte direta na remoção do cavaco Entenderemos melhor cada um deles a seguir Movimentos que não tomam parte direta na remoção do cavaco Como o próprio nome diz são os movimentos entre a peça e a ferramenta que não resultam em remoção de material São eles Movimento de posicionamento ou tangenciamento Ao serem fixadas a peça e a ferramenta de corte na máquinaferramenta elas ficarão afastadas Assim é necessário posicionar a ponta de corte da ferramenta junto a peça Observe Exemplo na operação torneamento cilíndrico tangencial Movimento de profundidade Uma vez efetuado o movimento de posicionamento é necessário afastar a ferramenta para o lado sem perder o tangenciamento e penetrar a sua aresta ferramenta monocortante dente fresa ou navalha broca na peça na quantidade de material a ser removido total ou por passe Veja Exemplo na operação torneamento cilíndrico tangencial Movimento de ajuste Movimento de correção em função do desgaste da ferramenta de corte Esse movimento só é necessário no caso de o desgaste da ferramenta afetar as dimensões ou qualidade da peça Movimentos que tomam parte direta na remoção do cavaco São os movimentos entre a peça e a ferramenta que resultam em remoção de material Esses movimentos são Movimento de corte MC É o movimento entre peça e ferramenta de corte o qual sem o movimento de avanço resulta em uma única remoção de cavaco Dependendo da operação o MC pode ser Circular torneamento faceamento sangramento fresamento furação e retificação Retilíne aplainamento e brochamento Veja um exemplo na imagem a seguir Exemplo de movimento de corte Movimento de avanço MA É o movimento entre peça e ferramenta de corte o qual em conjunto com o movimento de corte resulta no movimento efetivo de corte Dependendo da operação o MA pode ser Retilíneo longitudinal transversal ou vertical Curvilíneo Veja este exemplo Exemplo de movimento de avanço Movimento efetivo de corte MEC É o movimento resultante dos movimentos de corte e de avanço o que possibilita uma remoção contínua de cavaco da peça Veja Exemplo de movimento efetivo de corte Direções e percursos dos movimentos Direções Segundo Diniz Marcondes e Coppini 2006 direções sentidos percursos e velocidades estão associados aos movimentos que tomam parte direta da formação do cavaco Sendo assim são obtidas a Direção de corte DC É a direção instantânea do movimento de corte MC Nas operações em que o MC for circular a DC será sempre tangente à trajetória do ponto de referência P no instante de análise considerado Já naquelas em que o MC é linear a DC se confunde com esse movimento Direção de avanço DA É a direção instantânea do movimento de avanço MA Nas operações em que o MA é linear a DA se confunde com esse movimento Direção efetiva de corte DEC É a direção instantânea do movimento efetivo de corte Veja alguns exemplos de movimentos e direções em algumas operações de usinagem Torneamento cilíndrico tangencial Fresamento tangencial Furação Aplainamento Atenção Lembrese da convenção para compreender o sentido da DC Nessa análise estamos considerando a ferramenta com todos os movimentos e a peça estática Conhecendo como o movimento de corte se comporta na operação vêse que na prática esse movimento pode ser realizado pela peça ou pela peça ferramenta No torno a peça gira portanto o sentido da direção de corte DC será invertido Percursos Existem três tipos de percursos Espaço percorrido pelo ponto referencial P na direção e no sentido do movimento de corte Exemplo no processo de torneamento cilíndrico tangencial Espaço percorrido pelo ponto referencial P na direção e no sentido do movimento de avanço Exemplo no torneamento cilíndrico tangencial Percurso de corte lc Percurso de avanço lf Percurso efetivo de corte le Espaço percorrido pelo ponto referencial P na direção e no sentido do movimento efetivo de corte Exemplo no torneamento cilíndrico tangencial Velocidades Existem três tipos de velocidades Falaremos sobre cada tipo a seguir Velocidades de corte Tratase da velocidade instantânea do ponto de referência P que é medida na direção e no sentido do movimento de corte Nas operações em que o movimento de corte é circular Rotacione a tela Em que é a velocidade de corte expressa em mmin é o diâmetro da ferramenta ou da peça expresso em mm é a rotação da ferramenta ou da peça expressa em rpm A velocidade de corte está diretamente relacionada com o tipo de operação a ser executada Veja vc percurso de corte unidade de tempo lc min π d n mm min π d n 1000 m min vC d n Desbaste Se a operação for de desbaste a velocidade de corte será mais baixa resultando em um acabamento superficial de baixa qualidade Acabamento Se a operação for de acabamento a velocidade de corte será mais alta gerando um acabamento superficial de melhor qualidade ou seja menos rugosidade da superfície A velocidade de corte é um parâmetro de usinagem com valores fornecidos pelos fabricantes de ferramentas de corte em função do material da peça a ser usinada Apresentaremos exemplos desses valores na tabela a seguir Veja que as medidas estão em metros por minuto mm Materiais Ferramentas de aço rápido Ferramentas de metal duro Desbaste Acabamento Roscar e racartilhar Desbaste Acabamento Aço 1020 25 30 10 200 300 Aço 1045 20 25 8 120 160 Aço duro 1060 15 20 6 40 60 Ferro fundido maleável 20 25 8 70 85 Ferro fundido gris 15 20 8 65 95 Ferro fundido duro 10 15 6 30 50 Bronze 30 40 1025 300 380 Materiais Ferramentas de aço rápido Ferramentas de metal duro Desbaste Acabamento Roscar e racartilhar Desbaste Acabamento Latão e cobre 40 50 1025 350 400 Alumínio 60 90 1535 500 700 Tabela Velocidades de corte para torneamento ACJ Usinagem Observaremos agora uma tabela de velocidades de corte para fresamento frontal com fresa de topo Velocidades de corte Metal duro Fresas de topo Aplicação Resistência do material Nmm² Vc mmin Avanço por dente mm Ø 24 Ø 510 Ø 1116 Ø 16 Aço sem liga 700 200 0032 005 008 012 Aço para construção 500950 180 0025 004 007 008 Aço para beneficiamento 500950 130 0025 004 007 008 Aço Fundido 950 110 002 0036 007 008 Aço para cementação 950 130 0025 004 007 008 Aço inoxidável Ferrítico Martensítico Austenítico 500950 60 0012 002 004 005 Aço Ferramenta 9501400 90 0014 0022 004 007 Ligas de alumínio cavaco longo 550 900 0032 005 008 012 Ligas de cobre cavaco longo 300700 280 002 0036 007 01 vc vc Velocidades de corte Metal duro Fresas de topo Aplicação Resistência do material Nmm² Vc mmin Avanço por dente mm Ø 24 Ø 510 Ø 1116 Ø 16 Metal puro mole 500 200 002 0036 007 01 Termoplástico 4070 250 003 004 01 012 Ferro fundido cinzento 100400 120260 HB 160 0032 005 008 012 Ferro fundido cinzento com liga 150250 160230 HB 110 0025 004 007 008 Ferro fundido nodular 400800 120310 HB 110 002 004 007 01 Ferro fundido maleável 350700 150280 HB 90 0025 005 008 012 Ligas de magnésio 160300 400 0032 005 008 012 Ligas de titânio resistência média 950 60 0014 0025 004 007 Liga básica de níquel resistência média 950 30 001 002 004 005 Ligas de alumínio cavaco curto 400 250 0032 005 008 012 Ligas de cobre cavaco curto 500 250 002 0036 007 01 Ligas de titânio resistência alta 9001400 40 001 002 004 005 Ligas básicas de níquel 9001400 20 001 002 003 004 Velocidades de corte Metal duro Fresas de topo Aplicação Resistência do material Nmm² Vc mmin Avanço por dente mm Ø 24 Ø 510 Ø 1116 Ø 16 altas temperaturas Ferro fundido de alta dureza 300600 40 001 002 004 005 Plástico duro 2040 300 002 004 008 01 Tabela Valores de velocidade de corte para fresamento frontal com fresa de topo IndufresaIndaço Velocidades de avanço Tratase da velocidade instantânea do ponto de referência P sendo medida na direção e no sentido do movimento de avanço Rotacione a tela Em que é a velocidade de avanço expressa em mmmin é o avanço expresso em mmciclo A velocidade de avanço também está diretamente relacionada com o tipo de operação a ser executada Observe Desbaste Se a operação for de desbaste a velocidade de avanço será mais alta gerando um acabamento vf percurso de avanço unidade de tempo lf min f n mm min vf f superficial de pior qualidade Acabamento Se a operação for de acabamento a velocidade de avanço será mais baixa resultando em um melhor acabamento superficial Velocidade efetiva de corte É a velocidade resultante quando as velocidades de corte e de avanço são acionadas na máquina simultaneamente sendo medida na direção e no sentido do movimento efetivo de corte Rotacione a tela Em que O ângulo é formado entre as direções de corte e de avanço Nas demais operações torneamento furação aplainamento e brochamento entre outras a direção de corte será sempre perpendicular à direção de avanço em qualquer instante de análise Desse modo Angulo da direção efetiva de corte É o ângulo que define a direção efetiva de corte em relação à direção de corte Ele é calculado pela seguinte expressão Rotacione a tela Nas operações em que o movimento de corte é circular e a DA perpendicular à DC verificase que ve vc2 vf 2 2 vc vf cosφ φ φ 90 tgη sen φ cosφ vc vf Rotacione a tela Plano de trabalho x É o plano que passando pelo ponto de referência P contém as direções de corte DC e de avanço DA Vamos utilizar agora as mesmas operações apresentadas anteriormente para identificar percursos velocidades ângulos das direções e plano de trabalho Observe alguns exemplos a seguir tgη vf vc f n π d n f π d Fresamento tangencial Velocidade de corte Velocidade de avanço Velocidade efetiva de corte varia de 0 até Torneamento cilíndrico tangencial Velocidade de corte Velocidade de avanço vc vc π d n 1000 m min vf vf f n mm min ve ve v2c v2 f 2 vc vf cosθ θ θmax etgη sen θ cosθ vC vf vc vc π d n 1000 m min vf Vel efetiva de corte Furação Velocidade de corte Velocidade de avanço Vel efetiva de corte vf f n mm min ve ve v2c v 2 f θ 90 e tgη f π d vc vc π d n 1000 m min vf vf f n mm min ve ve v2c v2 f Aplainamento Velocidade de corte Velocidade de avanco onde o avanyo da mesa DC é perpendicular à DA logo Para fins de análise vamos considerar ou seja movimentos de corte e de avanço sucessivos Nesse caso e Tempo e grandezas de corte Tempo de corte O tempo de corte é definido como o tempo no qual a ferramenta está se deslocando com velocidade de avanço ao longo do percurso de avanço Para o torneamento cilíndrico esse tempo pode ser calculado θ 90 e tgη f π d vc vc 2 L n 1000 m min onde lc 2L para 01 ciclo ida e retorno da ferramenta n é o mimero de golpespor min uto vf vf f n mm min f e θ 90 η 0 le lc ve vc tc lf por Rotacione a tela A fórmula anterior não poderá ser empregada quando não houver uma rotação constante ou a trajetória da ferramenta for complexa Nesses casos é preferível cronometrar o tempo de corte em vez de calculálo Pela formulação percebese que quanto maiores forem a velocidade de corte e o avanço menor será o tempo de corte e consequentemente maior a produtividade Grandezas de corte São as grandezas que devem ser ajustadas direta ou indiretamente às máquinasferramentas para que haja possibilidade de remoção contínua de cavaco Para a compreensão dos parâmetros que compõem as grandezas de corte é necessário definir as superfícies dele Superfícies de corte São as superfícies geradas na peça por arestas dentes ou navalhas da ferramenta de corte Em algumas operações pode haver dois tipos de superfícies de corte Superfície principal de corte SPC Gerada na peça pela aresta principal de uma ferramenta de corte Superfície lateral de corte SLC tc lf vf lf f n π d lf 1000 f vc Gerada na peça pela aresta lateral de uma ferramenta de corte Veja o exemplo na imagem a seguir Exemplo na operação rosqueamento Analisando a imagem podemos perceber que o sentido da velocidade de avanço define qual superfície será a principal SPC e qual será a lateral de corte SLC Avanço e profundidade de corte Avanço O avanço é o quanto a ferramenta se desloca ao longo da direção de avanço por ciclo da ferramenta ou da peça a depender do tipo de operação Veja a diferença entre os tipos de corte Corte circular A unidade é mmrotação para operações em que o movimento de corte é circular Corte linear f A unidade é mmgolpe para operações em que o movimento de corte é linear Na imagem a seguir é dado pelo percurso 12 ou 43 considerando que a ferramenta se deslocou nesse percurso após um ciclo da peça Avanço O avanço é um parâmetro de corte que tem grande influência no acabamento superficial da peça Quanto menor for o avanço melhor será o acabamento superficial na peça Apresentaremos adiante um exemplo de tabela fornecida por um fabricante de ferramentas de corte em que o avanço pode ser obtido na operação de torneamento em função do material da peça Insertos de torneamento Avanço por dente O avanço por dente é o percurso de avanço de cada dente sendo medido na direção do avanço da ferramenta Tal percurso corresponde à geração de duas superfícies de corte consecutivos Assim Rotacione a tela f z f z f zc na qual f zc f z Rotacione a tela Em que é o número de dentes da ferramenta A imagem a seguir apresenta um exemplo de avanço por dente na operação de fresamento frontal de faceamento com uma fresa frontal de dentes Exemplo no fresamento frontal de faceamento O avanço por dente é um parâmetro de usinagem fornecido pelos fabricantes de fresas em função do material a ser usinado Exemplo de valores tabelado de avanço por dente na operação de fresamento Avanço de corte Do avanço por dente deriva o de corte que é a distância entre duas superfícies de corte consecutivas sendo medida no plano de trabalho e perpendicular à direção de corte A fórmula do avanço de corte é dada por Rotacione a tela Z C f z zC 6 f z f c f c f z sen φ f zc sen φ Profundidade ou largura de corte É a profundidade de penetração ou largura de contato da ferramenta com a peça sendo medida sempre de modo perpendicular ao plano de trabalho X que é o plano que contém as direções de corte e de avanço Observe adiante as equações para a determinação da profundidade ou da largura de corte nas seguintes operações torneamento aplainamento fresamento e furação No torneamento O cálculo é feito da seguinte forma ap ap ϕD inicial ϕD final 2 mm em que ϕD inicial é o diâmetro inicial ϕD final é o diâmetro final No faceamento O cálculo é feito da seguinte forma No sangramento O cálculo é feito da seguinte forma ap L i L f ap largura do bedame Na furação O cálculo é feito da seguinte forma Largura de corte ap ϕD broca 2 mm Grandezas relativas ao cavaco Derivadas das grandezas de corte elas são obtidas por meio de cálculos Tratase de estimativas das grandezas obtidas pela medição do cavaco Comprimento de corte O comprimento de corte b é o comprimento de cavaco a ser retirado medido na superfície de corte segundo a direção normal à direção de corte É portanto calculado na intersecção da superfície de corte com o plano normal à velocidade de corte passando pelo ponto de referência da aresta cortante Em ferramentas com aresta cortante retilínea e sem curvatura na ponta há Rotacione a tela b ap senχ Em que é o ângulo de posição da ferramenta junto à peça Em que é o ângulo de posição da ferramenta junto à peça Espessura de corte A espessura de corte é a espessura calculada do cavaco a ser retirado sendo medida normalmente à superfície de corte e segundo a direção perpendicular à direção de corte Em ferramentas com aresta cortante retilínea e sem curvatura da ponta obtémse Rotacione a tela Área da seção de corte A área da secção de corte ou simplesmente seção de corte s é a área calculada da seção de cavaco a ser retirado sendo medida no plano normal à direção de corte Rotacione a tela Veja como essas três grandezas podem ser definidas Comprimento de corte É definido pelos comprimentos 14 ou 23 do paralelogramo que representa o cavaco teórico formado a cada rotação da peça no torneamento χ χ h h f c senχ s f c ap b Espessura de corte É definida pela altura do paralelogramo que representa o cavaco teórico formado a cada rotação da peça no torneamento tendo como base o comprimento de corte Área da seção de corte É definida pela área do paralelogramo 1234 que representa o cavaco teórico formado a cada rotação da peça no torneamento No torneamento aresta em contato com a peça e Veja na próxima imagem Área da seção de corte Taxa de Remoção de Metal É o volume de material removido por unidade de tempo É um parâmetro muito importante pois a partir dele é possível estimar o volume de material produzido durante a usinagem A Taxa de Remoção de Metal expressa em por Rotacione a tela Onde é a velocidade de corte expressa em é o avanço expresso em h b s zC 1 φ 90 logof f z f C Q cm3min Q vc f ap 1000 vc mmin f mmciclo é a profundidade de corte expressa em Observe agora exemplos de identificação dos parâmetros de corte nas operações de fresamento tangencial torneamento furação e aplainamento ap mm FRESAMENTO TANGENCIAL TORNEAMENTO CILÍNDRICO TANGENCIAL FURAÇÃO Para assistir a um vídeo sobre o assunto acesse a versão online deste conteúdo Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 Para a usinagem da peça a seguir considere as seguintes condições de torneamento I A rotação da peça é de 320RPM II O diâmetro referencial d é igual ao maior diâmetro da peça III O avanço da ferramenta é de f 0 15mmrot Torneamento Perguntase Qual é o valor da profundidade de corte ap Qual é o valor da velocidade de corte Qual é o valor da velocidade de avanço Qual é o valor do tempo de corte Parabéns A alternativa C está correta Profundidade de corte Velocidade de corte vc vf tc A 30mm 499mmin 48mmmin 175min B 15mm 511mmin 37mmmin 185min C 15mm 511mmin 48mmmin 185min D 30mm 553mmin 48mmmin 185min E 15mm 514mmin 40mmmin 105min ap D inicial D final 2 50 8 47 8 2 1 5mm vc πdn 1000 π 50 8320 1000 51 07 51 1mmin Velocidade de avanço Tempo de corte Questão 2 Para a usinagem da peça a seguir considere as seguintes condições de fresamento frontal I A velocidade de corte da fresa é de II O diâmetro da fresa frontal de facear é de 75mm III O diâmetro referencial d é igual ao maior diâmetro da fresa frontal de facear IV O avanço por dente rot por dente V O número de dentes da fresa frontal de facear é seis dentes Fresamento frontal Perguntase Qual é o valor da rotação da fresa Qual é o valor da velocidade de avanço vf f n 0 15320 48mmmin tc lf vf 89 48 1 85min vc 85mmin f z 0 02mm n vf Parabéns A alternativa D está correta Cálculo da rotação n da fresa Cálculo da velocidade de avanço Assim A n 375RPM e vf 58 9mmmin B n 380 RPM e vf 37 5mmmin C n 300 RPM e vf 29 7mmmin D n 361 RPM e vf 43 3mmmin E n 325 RPM e vf 40 8mmmin vc πdn 1000 em que n 1000 vc πd 100085 π 75 361RPM vf vf f n e f zc f z vf zc f z n 6 0 02 360 43 3mmmin 3 Ângulos das ferramentas de corte Ao final deste módulo você será capaz de identificar os ângulos formadores da geometria da ferramenta de corte e os principais materiais empregados Vamos começar A geometria e os materiais que compõem a ferramenta de corte Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão abordados neste módulo Geometria da cunha cortante das ferramentas de corte A definição da geometria da cunha cortante da ferramenta interessa para o projeto o desenho e a fabricação eou reparo de uma ferramenta de corte Os ângulos que compõem essa cunha influenciam no acabamento da superfície usinada na força de corte e no desgaste da ferramenta Conhecer os ângulos da ferramenta e como a variação deles influencia na usinagem é de suma importância para a escolha adequada da ferramenta de corte Veremos agora cada parte da cunha cortante Partes componentes da cunha cortante Exemplo na ferramenta monocortante para torno e plaina Ângulos formadores da cunha cortante da ferramenta de corte Há sete ângulos que podem ser usados Conheceremos cada um deles de forma detalhada Ângulo de ponta É o ângulo formado entre a aresta principal e a lateral da ferramenta de corte Ângulo de ponta Esse ângulo define o formato básico da pastilha em que cada letra R S C W T D e V especifica um ângulo de ponta Formato da pastilha O ângulo de ponta define por exemplo o tipo de rosqueamento confeccionado No caso de roscas métricas o ângulo de ponta da pastilha é definido como 60⁰ Em roscas do sistema Whitworth esse ângulo vale 55⁰ Rosca métrica Ângulo de folga O ângulo de folga é o ângulo formado entre a superfície de folga da ferramenta e a peça com o objetivo de que haja apenas uma aresta da ferramenta em contato com a peça na região do corte O desgaste na superfície de folga da ferramenta denominado desgaste de flanco é normalizado e tem grande importância no estudo de vida da ferramenta pois reduz consideravelmente a sua vida útil Ângulo de folga Ângulo de saída O ângulo de saída define a inclinação da superfície de saída do cavaco Junto com o de folga tal ângulo é responsável pela especificação adequada do ângulo da cunha cortante da ferramenta Essa especificação é realizada em função das condições de usinagem em que a ferramenta vai atuar material da peça profundidade de corte avanço condições de corte rígido ou não rígido etc O ângulo de saída possui grande importância nos estudos de forças e potências na usinagem e de desgastes e vida da ferramenta A inclinação da superfície de saída pode ser positiva negativa ou zero graus Veja α γ α β α β γ 90 γ Ângulo de saída Ângulo de cunha O ângulo de cunha é o ângulo formado entre a superfície de saída do cavaco e a de folga seja ela principal ou lateral Como vimos anteriormente tal ângulo é obtido em função dos ângulos de folga e de saída em que O ângulo de cunha precisa ou não ser reforçado Observe Ângulo da cunha precisa ser reforçado obrigatoriamente Nas operações com condições de usinagem severas material da peça duro ou muito duro e desbaste de superfícies com médias e grandes profundidades ou larguras de corte e avanços de corte o ângulo de cunha deve ser reforçado com chanfro pois o esforço sobre a cunha cortante da ferramenta é grande No entanto sempre que possível a superfície de saída tem de possuir inclinação positiva para reduzir a força necessária ao corte Ângulo da cunha pode ou não ser reforçado Nas operações de acabamento superficial em materiais não ferrosos ou aços comuns de baixo e médio teor de carbono com pequenas e médias profundidades de corte e avanços de corte o ângulo de cunha pode ou não sofrer reforço com chanfro dependendo da No entanto a superfície de saída deve possuir inclinação positiva para facilitar a saída do cavaco da região do corte Veja alguns exemplos na imagem a seguir α γ β 90 α γ ap f c βc ap f c βc ap Materiais e o ângulo da cunha Ângulo de posição O ângulo de posição reduz o impacto de entrada na usinagem e tem influência sobre a espessura de corte Rotacione a tela Veja um exemplo na imagem a seguir Efeitos na espessura do cavaco devido à variação do ângulo de posição Ângulo de posição χ h f c sen χ f z sen φ sen χ Ângulo de posição da aresta secundária lateral O ângulo de posição da aresta secundária evita a interferência entre a superfície usinada e a ferramenta aresta de corte secundária ou lateral Ângulo de posição da aresta secundária lateral Ângulo de inclinação da aresta de corte O ângulo de inclinação define a inclinação da aresta de corte da ferramenta podendo ser positiva negativa ou zero graus Em usinagem pesada a aresta de corte recebe um choque extremamente grande no início da usinagem A inclinação dessa aresta a previne de receber tal choque e quebrar Ângulo de inclinação da areta de corte Materiais empregados nas ferramentas de corte λ λ λ O primeiro metal surgiu quando pedras de minério de ferro foram usadas em fogueiras para aquecer as cavernas Curiosidade O minério transformouse em metal pelo efeito combinado do calor e da adição de carbono pela madeira carbonizada A evolução ao longo dos séculos levou à sofisticação dos métodos de fabricação e combinações de elementos resultando nos materiais de alto desempenho hoje disponíveis Segundo Diniz Marcondes e Coppini 2006 não existe uma classificação geral de materiais para ferramentas Entretanto com base nas características químicas os materiais podem ser agrupados da seguinte maneira Essa classificação afirma que há diferenças de nomenclatura na bibliografia que também pode chamar de aço ferramenta toda a gama de aços usada para a fabricação de ferramentas Tratase do único material aço empregado na confecção de ferramentas de corte até 1900 Após o surgimento do aço rápido seu uso reduziuse a aplicações secundárias tais como Reparos uso doméstico e de lazer Ferramentas usadas uma única vez ou para fabricação de poucas peças Ferramenta de forma Sua classificação foi desenvolvida por F W Taylor e apresentada publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris O aço rápido é composto por elementos de liga como tungstênio cromo e vanádio elementos básicos de liga e uma pequena quantidade de manganês para evitar fragilidade Em 1942 devido à escassez de tungstênio provocada pela guerra ele foi substituído pelo molibdênio Aço ferramenta Aço rápido Ligas fundidas Tal classificação foi desenvolvida por Elwood Haynes inventor metalúrgico e pioneiro da indústria automóvel Haynes inventou as ligas metálicas estelite e martensita de aço inoxidável em 1922 Entre suas características destacamse a Elevada resistência a quente Temperatura limite de 700 a 800C Qualidade intermediária entre o aço rápido e o metal duro Essa classificação também é chamada de carbonetos sinterizados O metal duro surgiu em 1927 com o nome de widia wie diamant ou em português como diamante tendo uma composição de 81 de tungstênio 6 de carbono e 13 de cobalto As pastilhas de metal duro são fabricadas pelo processo de fabricação de metalurgia do pó Essa classificação é formada por cerâmica e metal CERâmicaMETal Quase tão antigo quanto o metal duro à base de tungstêniocobalto o cermet é um metal duro à base de titânio Durante a década de 1930 os primeiros cermets TiNi eram muito frágeis e pouco resistentes à deformação plástica Tal classificação inicialmente era o nome atribuído a ferramentas de óxido de alumínio Na tentativa de diminuir a fragilidade dessas ferramentas os insertos passaram por considerável desenvolvimento diferindo hoje em dia dos iniciais Atualmente há dois tipos básicos de cerâmica base de óxido de alumínio e base de nitreto de silício Metal duro Cermet Cerâmica Nitreto de boro cúbico cristalino CBN Essa classificação se refere a um material relativamente jovem O CBN foi introduzido nos anos 1950 e mais largamente nos anos 1980 devido à exigência de alta estabilidade e potência da máquina ferramenta Essa classificação se refere ao material natural com a maior dureza encontrada No entanto as ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido à afinidade do carbono com o ferro Ele tampouco pode ser usado em processos com temperaturas acima de 900C por causa da grafitização do diamante Sua aplicação é feita em usinagem fina pois se trata do único material para ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de um raio atômico de carbono A imagem a seguir mostra como os diversos tipos de materiais empregados nas ferramentas de corte se comportam em relação às propriedades de velocidade de corte resistência ao desgaste e dureza a quente em função da tenacidade e da resistência à flexão Materiais empregados nas ferramentas de corte e suas características Analisando a imagem podemos perceber que as ferramentas que utilizam menores velocidades de corte são também as mais tenazes ou seja que resistem mais a impactos À medida que as ferramentas utilizam materiais que permitem o emprego de maiores velocidades de corte a resistência à flexão diminui já que a ferramenta fica menos dúctil Metal duro Diamante Atualmente o metal duro com cobertura representa de 80 a 90 de todas as pastilhas das ferramentas de corte Seu bom desempenho como material da ferramenta de corte se deve à exclusiva combinação de resistência ao desgaste e tenacidade além de sua habilidade para conformidade com formatos complexos Os tipos de cobertura podem ser CVD Significa deposição química de vapor do inglês chemical vapor deposition A CVD é gerada por reações químicas em temperaturas de 700 a 1050C PVD Significa deposição física de vapor do inglês physical vapor deposition A PVD é formada em temperaturas relativamente baixas 400 a 600C O processo envolve a evaporação de um metal que reage por exemplo com nitrogênio para formar uma cobertura de nitreto dura na superfície da ferramenta de corte Grupos de material da peça A indústria de usinagem produz uma variedade extremamente ampla de peças usinadas em materiais muito diferentes COROMANT 1995 Cada material tem suas características exclusivas as quais por sua vez são influenciadas pelos elementos de liga tratamento térmico dureza etc A combinação desses materiais influencia significativamente a escolha da geometria da ferramenta de corte a classe e os dados de corte Para facilitar a triagem os materiais da peça foram divididos em seis grupos principais de acordo com a norma ISO Além disso cada grupo tem propriedades exclusivas em relação à usinabilidade ISO P Referese ao aço que é o maior grupo de materiais na área de usinagem variando de materiais sem ligas a materiais de alta liga o que inclui aços fundidos e aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos A usinabilidade geralmente é boa mas varia muito de acordo com a dureza do material do teor de carbono etc Referese aos aços inoxidáveis que são materiais com liga com um mínimo de 12 de cromo Outras ligas podem incluir níquel e molibdênio As diferentes condições como ferríticos martensíticos austeníticos e austeníticosferríticos duplex formam uma grande gama de materiais Um ponto comum para todos esses tipos de materiais é que as arestas de corte são expostas a uma grande quantidade de calor desgaste tipo entalhe e aresta postiça Referese aos ferros fundidos os quais ao contrário dos aços são um tipo de material de cavacos curtos Os ferros fundidos cinzentos GCI e os ferros fundidos maleáveis MCI são bastante fáceis de usinar enquanto os ferros fundidos nodulares NCI os ferros fundidos vermiculares CGI e os ferros fundidos austemperados ADI são mais difíceis Todos os ferros fundidos contêm SiC carboneto de silício que é muito abrasivo para a aresta de corte Referese aos metais não ferrosos mais macios como alumínio cobre latão etc O alumínio contém um teor de silício Si de 13 que é muito abrasivo Geralmente as altas velocidades de corte e vida útil longa podem ser esperadas para pastilhas com arestas vivas Referese às superligas resistentes ao calor que incluem muitos ferros altaliga níquel cobalto e materiais à base de titânio Elas são pastosos criam aresta postiça endurecem durante o trabalho ISO M ISO K ISO N ISO S endurecido por trabalho e geram calor Além disso são muito semelhantes à área ISO M embora sejam muito mais difíceis de cortar e reduzam a vida útil das arestas da pastilha Referese ao grupo que inclui aços com uma dureza entre 45 e 65HRc e ferros fundidos coquilhados com cerca de 400 a 600 HB A dureza faz com que eles sejam difíceis de usinar Os materiais geram calor durante o corte e são muito abrasivos para a aresta de corte Referese a ISO termoplásticos termomoldados GFRP polímerosplásticos reforçados com fibras de vidro CFRP plástico reforçado com fibra de carbono compósitos de fibra de carbono plástico reforçado com fibra de aramida borracha endurecido e grafite técnico ISO H O Outros Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 A definição da geometria da cunha cortante da ferramenta interessa para o projeto o desenho e a fabricação eou reparo de uma ferramenta de corte Os ângulos que compõem a cunha cortante influenciam no acabamento da superfície usinada na força de corte e no desgaste da ferramenta Observe a imagem a seguir Ferramenta monocortante Na ferramenta monocortante mostrada na figura as letras A B C D e E representam respectivamente Parabéns A alternativa E está correta A Superfície de saída do cavaco SS Superfície por onde o cavaco desliza e sai da região do corte após ser removido pela aresta de corte B Aresta lateral de corte ALC Aresta formada pela interseção da superficie de saída SS com a superfície lateral de folga SLF A Superfície principal de folga aresta lateral de corte superfície de saída ponta de corte e superfície lateral de folga B Superfície lateral de folga aresta lateral de corte superfície de saída ponta de corte e superfície principal de folga C Superfície lateral de folga aresta lateral de corte superfície principal de folga ponta de corte e superfície de saída D Superfície de saída aresta lateral de corte superfície principal de folga ponta de corte e superfície lateral de folga E Superfície de saída aresta lateral de corte superfície lateral de folga ponta de corte e superfície principal de folga C Superfície lateral de folga SLF Sua inclinação junto com a inclinação da superfície de saída possibilita a formação da aresta lateral de corte ALC e consequentemente do ângulo lateral de cunha D Ponta de corte Formada pela interseção da aresta principal de corte APC com a aresta lateral de corte ALC da ferramenta ESuperfície principal de folga SPC Sua inclinação junto com a inclinação da superfície de saída permite a formação da aresta principal de corte APC e consequentemente do ângulo principal de cunha Questão 2 As primeiras ferramentas produzidas pelo homem como facas pontas de lanças e machados eram fabricadas com lascas de grandes pedras Somente no fim da PréHistória o homem passou a usar metais na fabricação de ferramentas e armas A evolução dos materiais usados nas ferramentas de corte permitiu que βL β A as ferramentas de corte tivessem mais resistência à flexão e consequentemente aumentassem a produtividade B fosse possível aumentar os valores de velocidade de corte e consequentemente a produtividade do processo C materiais poliméricos fossem empregados em processos de usinagem e que com isso uma maior taxa de remoção de material fosse obtida D os processos de usinagem não necessitassem mais de fluidos de corte pois houve uma redução na geração de calor durante o corte E materiais como o diamante pudessem ser usados como ferramenta de corte empregando altos valores de velocidade de corte em aços com elevada dureza Parabéns A alternativa B está correta Com a evolução dos materiais as ferramentas de corte passaram a ter menos resistência à flexão por conta do aumento da dureza Materiais poliméricos não podem ser empregados nessas ferramentas por não possuírem dureza e tenacidade suficientes para cortar materiais ferrosos A geração de calor aumentou consideravelmente com o aumento das velocidades de corte necessitando de uma refrigeração adequada com fluido de corte apropriado As ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido à afinidade do carbono com o ferro tampouco em processos com temperaturas acima de 900C por conta da grafitização do diamante 4 Força e potência da usinagem Ao final deste módulo você será capaz de calcular a força e a potência de usinagem no torneamento Vamos começar O cálculo da força e da potência de usinagem Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão abordados neste módulo Conceitos O objetivo de se calcular a força e a potência em uma operação de usinagem é identificar se o motor existente em determinada máquina possui potência instalada suficiente para que a operação possa ser realizada ou no caso de um projeto de uma máquina efetuar o dimensionamento do motor da máquina para o fim a que ela se propõe Motor de uma máquina A máquinaferramenta pode ter um motor para todos os movimentos ou um para cada movimento sendo esse tipo o elétrico Forças durante a usinagem As forças de usinagem serão consideradas agindo em direção e sentido sobre a ferramenta Força de usinagem A força de usinagem é a força total que atua sobre uma cunha cortante durante a usinagem No processo de usinagem por abrasão essa força praticamente não pode ser referida a uma aresta cortante única devendo portanto ser referida à parte ativa do rebolo em dado instante Componentes da força de usinagem A componente da força de usinagem num plano ou numa direção qualquer é obtida mediante a projeção da força de usinagem sobre esse plano ou direção isto é mediante uma decomposição ortogonal Praticamente assumem importância especial as componentes que estão contidas no plano de trabalho e no plano efetivo de referência plano perpendicular à direção efetiva de corte Baseandose na técnica empregada na medida dessas forças o plano efetivo de referência é frequentemente confundido com o plano perpendicular à direção de corte As componentes da força de usinagem que não são obtidas por meio de uma decomposição geométrica da força de usinagem e sim por intermédio de considerações tecnológicas e físicas da formação do cavaco devem ser definidas em uma norma especial Especial interesse é dado à força de corte à força de avanço e à força efetiva de corte as quais originam respectivamente a potência de corte a potência de avanço e a potência efetiva de corte Pu Pu Pu P0 Pf i Pe N c N f N e Potências Potência de corte A potência de corte expressa em é o produto da força de corte expressa em kgf pela velocidade de corte expressa em mmin Rotacione a tela O dividendo tem por objetivo converter as unidades em Para a potência de corte expressa em a força de corte é expressa em enquanto a fórmula da potência de corte é dada por Rotacione a tela A velocidade de corte também é expressa em mmin Potência de avanço A potência de avanço expressa em é o produto da força de avanço expressa em kgf pela velocidade de avanço expressa em Rotacione a tela O dividendo tem por objetivo converter as unidades em N 0 CV P0 vc N c Pc vc 60 75 60 75 kgf mmin CV N c kW N N c Pc vc 60000 v0 N f CV Pf vf mmmin N f Pf vf 60 75 1000 60 75 1000 kg mmmin CV Potência efetiva de corte A potência efetiva de corte expressa em é o produto da força efetiva de corte expressa em kgf pela velocidade efetiva de corte expressa em mmin Rotacione a tela O dividendo tem por objetivo converter as unidades em Como o movimento efetivo de corte é resultante dos movimentos de corte e de avanço quando ambos atuam simultaneamente a potência efetiva de corte pode ser calculada por Rotacione a tela Relação entre potência de corte e potência de avanço A partir da razão entre as potências de corte e de avanço obtémse isto Rotacione a tela Para o torneamento Rotacione a tela Estimase que no torneamento FERRARESI 1970 Tomando por exemplo a usinagem de uma peça de diâmetro com um avanço rotação verificase que N θ CV Pe vθ N e Pe ve 60 75 60 75 kg mmin CV N e N e N c N f N c N f 1000 Pc vc Pf vf N c N f Pc Pf π d n f n Pc Pf π d f Pc 4 5Pf d 50mm f 1mm Nc 45 π 50 1 707 onde Nc Nf Dessa forma concluise que a maior parcela da potência efetiva de corte Ne é fornecida pela potência de corte Nc Assim podese considerar sem perda considerável de precisão nos cálculos que Ne Nc Estimativa da força de corte A força de corte pode ser expressa por Pc ks s Em que s é a área da seção de corte ks é a pressão específica de corte ou seja a força de corte por unidade de área da seção de corte Como a área da seção de corte pode ser estimada por meio dos parâmetros de usinagem profundidade de corte e avanço de corte resta estimar a pressão específica de corte Para determinado material a ser usinado com certa ferramenta geralmente os ângulos efetivos de trabalho já se acham tabelados isto é já foram determinados estando baseados de certa forma em condições econômicas A influência da velocidade de corte sobre a pressão específica é pequena de maneira que para determinado par ferramentapeça resta saber como varia em função da área e da forma da seção de corte Formulação de Taylor F W Taylor foi um dos primeiros pesquisadores a desenvolver formulações analíticas para a pressão específica de corte Suas expressões são W Taylor Frederick Winslow Taylor 18561915 foi um engenheiro mecânico norteamericano que observou de perto os trabalhadores responsáveis pelo corte de metais em empresas siderúrgicas industriais Disso resultou o planejamento da organização científica do trabalho Rotacione a tela Para ferro fundido cinzento Rotacione a tela Para ferro fundido branco kS kS ks 88 f 025 a007 p ks 138 f 025 a007 p Rotacione a tela Para aço semidoce isto é aço com média porcentagem de carbono 025 a 040 Após Taylor outros pesquisadores propuseram formulações para estimar a pressão específica de corte Entre os mais importantes destacamse as associações ASME American Society of Mechanical Engineers Sociedade Norteamericana de Engenheiros Mecânicos e AWF Arbeitsgemeinschaft für wirtschaftliche Fertigung Comitê Econômico de Fabricação além do engenheiro alemão Otto Helmut Kienzle tto Helmut Kienzle O alemão Otto Helmut Kienzle 18931969 foi um engenheiro planejador de produção e professor universitário Em 1947 Otto Kienzle foi contratado para representar a cadeira de máquinasferramentas na Universidade Técnica de Hanove Nessa universidade ele se voltou para a tecnologia de conformação de peças individuais e montou o centro de pesquisa de forjamento e processamento de chapas metálicas ASME A Sociedade Norteamericana de Engenheiros Mecânicos apresenta várias tabelas da velocidade e da potência de corte por unidade de volume de cavaco e por minuto para diferentes materiais e diferentes ferramentas ASME 1952 A partir desses dados estimase por meio da fórmula Rotacione a tela Em que é a constante do material é o avanço é uma constante sendo 02 para aços e 03 para ferro fundido ks 200 f 007 kS ks Ca f n Ca f n A tabela a seguir contém os valores de para alguns materiais Material Ca ABNT 1020 182 ABNT 1035 201 ABNT 1045 215 ABNT 1060 245 ABNT 1095 280 Tabela Constantes de materiais de acordo com as normas ABNT FERRARESI 2018 AWF A Associação de Produção Econômica da Alemanha propõe uma tabela de para vários materiais AWF 1949 Rotacione a tela Em que é a constante do material é o avanço A tabela a seguir contém os valores de para alguns materiais Material Cw ABNT 1020 120 ABNT 1035 140 ABNT 1045 145 Ca ks ks Cw f 0477 CW f CW Material Cw ABNT 1060 150 ABNT 1095 160 Tabela Constantes de materiais de acordo com as normas ABNT FERRARESI 2018 Kienzle A formulação de Kienzle 1952 se mostrou bastante simples e precisa para os cálculos práticos da força de corte Em sua fórmula a pressão específica de corte se dá em função da espessura de corte e não em função do avanço Segundo Kienzle essa formulação é aplicável a todas as operações de usinagem A força de corte calculada por ele é Rotacione a tela Em que e são constantes do material é a espessura de corte é o comprimento de corte Correção da formulação de Kienzle em função do ângulo de saída Para obtenção das constantes e Kienzle utilizou em seus experimentos ferramentas com ângulo de saída para a usinagem de peças de aço e para a de peças de ferro fundido Se o ângulo de saída da ferramenta a ser empregada na operação de torneamento tem um diferente desses valores Kienzle sugere um aumento ou uma diminuição de 1 a 2 na força de corte usar valor médio de 15 para cada aumento ou diminuição de 10 respectivamente Dessa forma a formulação de Kienzle uma vez corrigida fica ks h f Pc ks1 h1 z b ks1 1 z h b γ kS1 1 z γkienzle 6 γkienzle 2 γ Rotacione a tela A tabela a seguir contém os valores de e para alguns materiais Material 1 z Ks1 ABNT 1035 074 199 ABNT 1045 083 211 ABNT 1060 070 226 ABNT 4140 074 250 ABNT 8620 074 210 Tabela Constantes de materiais de acordo com as normas ABNT FERRARESI 2018 Potência necessária no motor da máquinaferramenta Em nenhuma máquinaferramenta o rendimento mecânico será igual a 100 Há uma perda de rendimento nos elementos de máquina polias correias e engrenagens que transmitem o movimento do motor principal até a região onde o corte acontece Assim a potência necessária no motor que comanda o movimento de corte deve ser sempre maior que a potência necessária na região do corte Nos tornos mecânicos o rendimento mecânico varia entre 60 e 80 a depender da idade da máquina Em tornos novos sem folga entre os elementos de trasnmissão o rendimento pode chegar a 80 Nos tornos muito antigos ou com muito uso a folga entre os elementos de transmisão faz com que o rendimento mecânico possa chegar a 60 Desse modo verificase que Pc corrigida Pc 1 1 5 V Vkienzle 1 z ks1 N m N c Rotacione a tela Em que é o rendimento mecânico da máquinaferramenta indicado pela fabricante N m N c ηmec N mec Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 A força existente entre a ferramenta de corte e a peçaobra durante a usinagem é gerada em função da separação do cavaco da peçaobra Por conta das velocidades envolvidas a potência de usinagem gerada durante o processo deve ser suprida pelo motor da máquinaferramenta Aponte a alternativa correta em relação ao cálculo dessa potência A A maior parcela da potência de usinagem é a potência de corte sendo possível desprezar a potência de avanço B A maior parcela da potência de usinagem é a potência de avanço sendo possível desprezar a potência de corte C Para calcular a potência de usinagem devese obter a pressão específica de corte que é constante para cada material Parabéns A alternativa A está correta A potência de avanço é uma parcela muito pequena da potência de usinagem podendo ser desconsiderada para fins de cálculo da potência de usinagem Para dado par ferramentapeça resta saber como varia a pressão específica de corte em função da área e da forma da seção de corte Todas as formulações para estimar a pressão específica de corte têm relação direta com o avanço Pela formulação observamos que a área da seção de corte é diretamente proporcional à força de corte Questão 2 Para um torneamento cilíndrico externo de uma peça de aço ABNT 1035 com diâmetro de 85mm empregando uma profundidade de corte de 2mm um avanço de 04mmrotação uma ferramenta com ângulo de saída de e ângulo de posição de e uma velocidade de corte de 140mmin o valor da potência de corte em CV segundo Taylor ASME AWF e Kienzle vale na ordem D Em todas as formulações para estimar a pressão específica de corte observase que o avanço não tem relação com essa pressão E A área da seção de corte é inversamente proporcional à potência de corte Pc ks s 12 45 A 500 CV 640 CV 529 CV 615 CV B 570 CV 680 CV 575 CV 600 CV C 625 CV 510 CV 645 CV 586 CV D 692 CV 559 CV 605 CV 523 CV Parabéns A alternativa E está correta Iniciamos com o cálculo da pressão específica de corte Taylor ASME AWF Kienzle já calcula a força de corte em sua formulação Em que e 1z são constantes do material da peça Da tabela para aço ABNT 1035 E 530 CV 600 CV 539 CV 626 CV ks 200 f 007 200 0 4007 213 25 kgf mm2 ks Ca f n 201 0 402 241 43 kgf mm2 ks Cw f 0477 140 0 40477 216 74 kgf mm2 Pc ks1 b h1 z 1992 828 0 283074 221 13kgf ks1 ks1 199 1 z 0 74 b ap sen χ 2 sen 45 2 828mm Correção da devido ao ângulo de saída Taylor ASME AWF A potência de corte segundo as formulações de Taylor ASME AWF e Kienzle é Taylor ASME AWF h f c sen χ 0 4 sen 45 0 283mm no torneamento f c f Pc γ Pc corrigida Pc 1 1 5 100 12o 6o 221 130 91 201 2kgf Pc ks s 213 25 0 8 170 6kgf Pc ks s 241 43 0 8 193 14kgf Pc ks s 216 74 0 8 173 39kgf N c Pc vc 60 75 170 6 140 60 75 5 30CV N c Pc vc 60 75 193 14 140 60 75 6 00CV N c Pcvc 60 75 173 39 140 60 75 5 39CV Kienzle Nc fracP vc60 cdot 75 frac201 2 cdot 14060 cdot 75 6 26CV Obs kienzle é considerada a formulação com maior precisão para a estimativa da força de corte Considerações finais Apresentamos neste conteúdo os conceitos dos processos de fabricação por usinagem e as principais máquinasferramentas utilizadas para realizar as operações de usinagem Como vimos tais parâmetros podem ser ajustados na máquinaferramenta de forma direta ou indireta para haver a possibilidade de remoção contínua ou repetida de cavaco De acordo com os parâmetros ajustados obtêmse maior ou menor qualidade superficial da peça usinada e maior ou menor produtividade Além disso conhecemos os ângulos que formam a geometria da cunha cortante e os materiais empregados nas ferramentas de corte em especial o metal duro que corresponde à maior parcela de materiais empregados na produção de ferramentas para usinagem Por fim apresentamos os conceitos de força e potência de usinagem e as principais formulações para o cálculo da pressão específica de corte um parâmetro fundamental para estimar a potência consumida durante a usinagem Explore Para saber mais sobre os assuntos tratados neste conteúdo pesquise sobre Operações de furação nos catálogos dos fabricantes Sandvik Coromant e Iscar entre outros As características e as aplicações das máquinasferramentas nos catálogos dos fabricantes Romi Nardini e Clark entre outras marcas estrangeiras Os cursos disponíveis no site da Sandvik Coromant Brasil Assista a Uma perspectiva sobre o futuro da manufatura Sandvik Coromant que fala sobre o futuro da usinagem e dos processos industriais Os vídeos da Sandvik Coromant disponíveis na internet Os vídeos do Telecurso 2000 mecânica Referências ASME RESEARCH COMMITTEE ON METAL CUTTING DATA AND BIBLIOGRAPHY Manual on cutting of metals with singlepoint tools ASME 1952 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Conceitos da técnica de usinagem forças energia trabalho e potências terminologia NBR12545 São Paulo ABNT 1991 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Grandezas básicas em usinagem e retificação Parte 1 geometria da parte cortante das ferramentas de corte termos gerais sistemas de referência ângulos da ferramenta e de trabalho e quebracavacos NBR30021 São Paulo ABNT 2013 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Usinagem processos mecânicos NBR6175 São Paulo 2015 AWF Kurzausgabe der AWFBlätter Nr 158 ausschuss für wirtschaftliche fertigung Berlim 1949 DINIZ A E MARCONDES F C COPPINI N L Tecnologia da usinagem dos materiais São Paulo Artliber Editora 2006 FERNANDO P H L Máquinas operatrizes 1 ed Porto Alegre Sagah Educação 2018 FERRARESI D Fundamentos da usinagem dos metais São Paulo Blucher 1970 FREIRE J de M Tecnologia mecânica Rio de Janeiro Livros Técnicos e Científicos 1976 ISCAR CUTTING TOOLS METAL WORKINGIscar catalog hole makingdeep drill Iscar drill 2009 p 12 KIENZLE O Die bestimmung von kräften und leistungen an spanenden werkzeugen und werkzeugmaschinen VDIZ v 94 n 11 1952 p 299305 MITSUBISHI CARBIDE Ferramentas de metal duro para usinagem Catálogo v 2002 n 2001 p 560 MITSHUBSHI MATERIALS Ferramentas de corte torneamento fresamento e furação Catálogo 20202021 SANDVIK COROMANTManual técnico de treinamento da Sandvik 2019 SANDVIK COROMANTCatálogo de ferramentas para torneamento 1995 Material para download Clique no botão abaixo para fazer o download do conteúdo completo em formato PDF Download material O que você achou do conteúdo