Aula sobre Processos de Usinagem e sua Evolução na Pré-História

UNIP 2020 all rights reserved Universidade Paulista Processos e Conformação e Usinagem Aula 01 Curso Engenharia Mecânica UNIP 2020 all rights reserved Usinagem é um processo onde a peça é obtida através da retirada de cavacos aparas de metal de uma peça bruta através de ferramentas adequadas A usinagem confere à peça uma precisão dimensional e um acabamento superficial que não podem ser obtidos por nenhum outro processo de fabricação É por este motivo que a maioria das peças mesmo quando obtidas através de outros processos recebe seu formato final através de usinagem Usinagem slide 0258 UNIP 2020 all rights reserved Usinagem slide 0358 UNIP 2020 all rights reserved A Usinagem como Referencial para Divisão da PréHistória A PréHistória compreende o período que vai desde o surgimento do homem até o aparecimento da escrita sendo subdividida em Idade da Pedra Lascada Paleolítico machado de pedra lascada Idade da Pedra Polida Neolítico foice de osso Idade dos Metais pontas de armas Observe que a usinagem evoluiu juntamente com o homem sendo usada como parâmetro de subdivisão de um período Usinagem slide 0458 UNIP 2020 all rights reserved A Usinagem na PréHistória Surge o Princípio da Fabricação No Período Paleolítico as facas pontas de lanças e machados eram fabricados com lascas de grandes pedras No Período Neolítico os artefatos eram obtidos com o desgaste e polimento da pedra Princípio da Retificação Usinagem slide 0558 UNIP 2020 all rights reserved A Usinagem na PréHistória Surge o Conhecimento de Novos Materiais O Homem passa a usar metais na fabricação de ferramentas e armas no fim da préhistória Os primeiros metais a serem conhecidos foram o cobre e o ouro e em escala menor o estanho O ferro foi o último metal que o homem passou a utilizar na fabricação de seus instrumentos Usinagem slide 0658 UNIP 2020 all rights reserved A Evolução da Usinagem A Evolução da Ferramenta Com a pancada de uma cunha manual surgiu o cinzel movimentando esta ferramenta para frente e para trás aplicandose pressão surgiu a serra Dispositivo da era Neolítica usado no corte de pedras Usinagem slide 0758 UNIP 2020 all rights reserved Um grande avanço nesse período foi a transformação do movimento de translação em movimento de rotação com sentido de rotação invertido a cada ciclo Este princípio foi aplicado em um dispositivo denominado Furação de Corda Puxada A Evolução da Usinagem Usinagem slide 0858 UNIP 2020 all rights reserved As primeiras formas usadas para motorizar máquinas foi a roda dágua No século XVIII surgem as máquinas movidas a vapor energia esta transmitida através da oficina por meio de eixos correias e roldanas Finalmente no fim do século XIX o vapor seria substituído pela energia elétrica A Evolução da Usinagem Usinagem slide 0958 UNIP 2020 all rights reserved A introdução de suporte de ferramenta no torno é um outro exemplo de um grande avanço no processo de usinagem O suporte eliminou a necessidade de segurar as ferramentas com as mãos diminuindo o risco de acidentes e possibilitando a transmissão de maiores momentos A Evolução da Usinagem Usinagem slide 1058 UNIP 2020 all rights reserved Movimentos e Ferramentas 1 Corte 2 Avanço 3 Profundidade Usinagem slide 1158 UNIP 2020 all rights reserved Movimento de corte É o movimento entre a ferramenta e a peça que sem a ocorrência concomitante do movimento de avanço provoca remoção de cavaco durante uma única rotação ou um curso da ferramenta Movimentos de Usinagem slide 1258 UNIP 2020 all rights reserved Movimento de avanço É o movimento entre a ferramenta e a peça que juntamente com o movimento de corte possibilita uma remoção continua do cavaco durante varias rotaçōes ou cursos da ferramenta Movimentos de Usinagem slide 1358 UNIP 2020 all rights reserved Movimento efetivo de corte É o movimento entre a ferramenta e a peça a partir do qual resulta o processo de usinagem Quando o movimento de avanço é continuo o movimento efetivo é a resultante da composição dos movimentos de corte e de avanço MOVIMENTO EFETIVO Movimentos de Usinagem slide 1458 UNIP 2020 all rights reserved Torneamento cilíndrico externo Sangramento Radial Torneamento Cilíndrico Interno Movimentos de Usinagem slide 1558 UNIP 2020 all rights reserved Movimento Efetivo de Corte slide 1658 UNIP 2020 all rights reserved Movimento de ajuste É o movimento entre a ferramenta e a peça no qual é predeterminada a espessura da camada de material a ser removida MOVIMENTO DE AJUSTE Movimentos de Usinagem slide 1758 UNIP 2020 all rights reserved Movimento de correção É o movimento entre a ferramenta e a peça empregado para compensar alterações de posicionamento devidas por exemplo pelo desgaste da ferramenta Movimento Efetivo de Corte slide 1858 UNIP 2020 all rights reserved Movimento de aproximação É o movimento da ferramenta em direção à peça com a finalidade de posicionála para iniciar a usinagem Movimentos de Usinagem slide 1958 UNIP 2020 all rights reserved Movimento de recuo É o movimento da ferramenta pelo qual ela após a usinagem é afastada da peça Movimentos de Usinagem slide 2058 UNIP 2020 all rights reserved Tanto os movimentos ativos como passivos são importantes pois eles estão associados a tempos que somados resultam no tempo total de fabricação Movimentos de Usinagem slide 2158 UNIP 2020 all rights reserved 1 Corte a peça gira a um certo número de rotações n por minuto Isso proporciona uma velocidade de corte específica Vc medida em mmin na aresta de corte Movimentos de Usinagem slide 2258 profundidade de corte ap avanço fn rotação da peça n UNIP 2020 all rights reserved 2 Avanço o movimento axial da ferramenta ou radial no torneamento de face é chamado avanço fn e é medido em mmr Quando o avanço é radial em direção ao centro da peça a rotação deve aumentar progressivamente Movimentos de Usinagem slide 2358 hexespessura máx do cavaco hex fn x sinKr UNIP 2020 all rights reserved 3 Profundidade a profundidade de corte ap é a diferença entre a superfície cortada e a superfície bruta É medida em mm em um ângulo reto 90 em relação à direção de avanço Movimentos de Usinagem slide 2458 UNIP 2020 all rights reserved Movimentos de Usinagem slide 2558 UNIP 2020 all rights reserved 4 Espessura do cavaco a espessura do cavaco he é igual a fn quando se usa ferramentas com um ângulo de posição Kr de 90 Ângulos menores que 90 proporcionam cavacos com espessura reduzida Movimentos de Usinagem slide 2658 UNIP 2020 all rights reserved 5 Ângulo de ataque γ gama é a medida da aresta em relação ao corte 6 Ângulo de inclinação λ lambda é a medida do ângulo de montagem da pastilha no suporte Movimentos de Usinagem slide 2758 UNIP 2020 all rights reserved Cálculo da Velocidade de Avanço slide 2858 Vf velocidade de avanço mmmin f avanço mmrot n rotação da peça ferramenta rpm Vc velocidade de corte mmin d diâmetro da peça ferramenta mm f Πd 1000v fn v c f UNIP 2020 all rights reserved Exercício Resolvido1 Considere o uso de uma fresa de topo de aço rápido com dois dentes e 8 milímetros de diâmetro velocidade de corte de 25 mmin e avanço por dente de 002 mm aCalcule a rotação em rpm que deverá ser programada na máquina a velocidade de avanço em milímetros por minuto Cálculo da Velocidade de Avanço slide 2958 UNIP 2020 all rights reserved A rotação é calculada pela seguinte expressão onde vc é a velocidade de corte em mmin e d é o diâmetro em mm Assim Cálculo da Velocidade de Avanço slide 3058 UNIP 2020 all rights reserved min 19 9 0 02995 fn vf mm min 39 8 2 19 9 vf mm x Onde f é o avanço em mm por dente nesse caso 2 dentes Cálculo da Velocidade de Avanço slide 3158 UNIP 2020 all rights reserved Forças de Usinagem slide 3258 UNIP 2020 all rights reserved Potência de Corte 60 Nc KW F v c c Fc N e Vc mmin Potências de Usinagem slide 3358 UNIP 2020 all rights reserved Potência de Avanço 60 Nf KW V F f f Ff N e Vc mmmin Potências de Usinagem slide 3458 Força de avanço Ff é a projeção da força de usinagem Fu sobre a direção do avanço Força de apoio Fap é a projeção da força de usinagem Fu sobre a direção perpendicular a direção de avanço situada no plano de trabalho UNIP 2020 all rights reserved Nc N m Como NfNc costumase dimensionar o motor da máquina operatriz apenas pela Nc Potência fornecida pelo motor 60 a 80 para máquinas convencionais e 90 para máquinas CNC Potências de Usinagem slide 3558 UNIP 2020 all rights reserved K A F s c A força de corte pode ser expressa pela relação Ks Pressão específica de corte A bh apf Área da seção de corte Potências de Usinagem slide 3658 UNIP 2020 all rights reserved Cálculo da pressão específica de corte Ks slide 3758 z h Ks1 Ks Segundo Kienzle Ks é função da espessura de corte h b h K bh K F z s s 1 1 c UNIP 2020 all rights reserved Potências de Usinagem slide 3858 Exercício Resolvido 2 Para usinagem de um eixo aço ABNT 1040 com diâmetro 70 mm até 50 mm dispõe de um torno com motor cuja a potência é de 6kW com rendimento de transmissão de 85 em uma operação de torneamento cilíndrico com avanço de 04 mmrot e com profundidade de corte 5 mm A velocidade de corte recomendada para essa operação indicada pelo fabricante da ferramenta é de 57 mmin para que se obtenha a vida esperada da ferramenta Dados Rotações disponíveis na caixa de velocidades do torno 70 100 120 150 200 e 250260280 rpm Kr 90º UNIP 2020 all rights reserved Determinar a A rotação adequada com esses parâmetros b A espessura do cavaco c A força de corte d A potência de corte com esses parâmetros Potências de Usinagem slide 3958 UNIP 2020 all rights reserved Potências de Usinagem slide 4058 Determinar a A rotação adequada com esses parâmetros Dados Rotações disponíveis na caixa de velocidades do torno 70 100 120 150 200 e 250260280 rpm 1000 3141670 5700 n r p m n 260 UNIP 2020 all rights reserved b A espessura do cavaco hex 04 sin 90º Potências de Usinagem slide 4158 40 mm hex UNIP 2020 all rights reserved b K h bh K F z s s 1 1 c c A força de corte Tabela Aço 1040 Ks1 2110 Nmm² 1z 083 Materia l σt Nmm² 1z Ks1 Aço 1030 520 074 1990 1040 620 083 2110 1050 720 070 2260 1045 670 086 2220 1060 770 082 2130 8620 770 074 2100 4320 630 070 2260 4140 730 074 2500 4137 600 079 2240 6150 600 074 2220 Fofo HRc 46 081 2060 40 mm hex kr P b sin sin90º 5 b mm b 5 Potências de Usinagem slide 4258 Ff força de avanço UNIP 2020 all rights reserved Potências de Usinagem slide 4358 c A força de corte d A força de corte com esses parâmetros N F 493130 405 2110 83 0 c b K h bh K F z s s 1 1 c 10³ 60 49311357 Nc KW 64 Nc KW UNIP 2020 all rights reserved Material da peça C Ks P Pb B Ks Fatores que influenciam Ks slide 4458 UNIP 2020 all rights reserved Material da Ferramenta Variação desprezível Geometria da ferramenta γ Ks λ Ks 1 A influência desses ângulos é marcante para usinagem de metais dúcteis 2 A influência desses ângulos é desprezível para usinagem de metais frágeis 3 Recomendase ainda 05 Fatores que influenciam Ks slide 4558 UNIP 2020 all rights reserved Seção de corte apf A Ks 1 Isso ocorre principalmente devido ao aumento de f 0 100 200 400 500 600 300 Ks kgfmm² 02 04 06 08 Avanço mmrot St 70 Fatores que influenciam Ks slide 4658 UNIP 2020 all rights reserved Velocidade de corte Ks kgfmm² 150 Vc mmin Fatores que influenciam Ks slide 4758 UNIP 2020 all rights reserved Desgaste Frontal de flanco da ferramenta para determinado avanço Ks kgfmm² Desgaste µm Fatores que influenciam Ks slide 4858 UNIP 2020 all rights reserved A tabela que se segue foi elaborada com Vc90 a 120 mmin e h01 a 14 mm usando se ferramenta de metal duro sem fluido de corte com a geometria mostrada abaixo geometria Xr γ λ Apmm paço 5 79 6 4 1 pfofo 5 80 2 4 1 Cálculo da pressão específica de corte Ks slide 4958 UNIP 2020 all rights reserved Material σt Nmm² 1z Ks1 Aço 1030 520 074 1990 1040 620 083 2110 1050 720 070 2260 1045 670 086 2220 1060 770 082 2130 8620 770 074 2100 4320 630 070 2260 4140 730 074 2500 4137 600 079 2240 6150 600 074 2220 Fofo HRc 46 081 2060 Cálculo da pressão específica de corte Ks slide 5058 UNIP 2020 all rights reserved Exercício 1 slide 5158 O supervisor de usinagem foi chamado para resolver o seguinte problema O operador de um torno CNC acionou o setor de manutenção três vezes durante o seu turno O torno durante o processo de usinagem de desbaste da peça parava A manutenção então verificava os alarmes e dispositivos de sobrecarga e colocava a máquina em funcionamento novamente O supervisor ao conversar com o operador perguntou se não havia ocorrido qualquer alteração no programa CNC O operador informou que havia acrescentado o valor do avanço e aumentado a rotação da máquina a fim de diminuir o tempo de usinagemEntão foi solicitado para usinar um eixo de material 4137 com Kr 75º gerando Ks1 corrigido UNIP 2020 all rights reserved Sabendo que a velocidade de corte deverá ser de 56mmin Tratase de um eixo que deverá ser usinado desde diâmetro 100 mm até 90 mm com avanço de 072mmrot Considerar que as rotações disponíveis no torno são 6390125140150170180250355500710 100014002000rpm Dados b3mm Calcular a A rotação adequada com esses parâmetros b A espessura do cavaco c A força de corte d A potência de corte com esses parâmetros Exercício 1 slide 5258 UNIP 2020 all rights reserved Exercício 1 slide 5358 UNIP 2020 all rights reserved Os movimentos de usinagem podem ser definidos como I O movimento de ajuste é o movimento entre a ferramenta e a peça no qual é predeterminada a espessura da camada de material a ser removida II Movimento de avanço é movimento entre a ferramenta e a peça que juntamente com o movimento de corte possibilita uma remoção contínua do cavaco durante uma única rotação ou cursos da ferramenta III Movimento de corte entre a ferramenta e a peça que sem a ocorrência concomitante do movimento de avanço provoca remoção de cavaco durante varias rotações ou um curso da ferramenta Exercício 2 slide 5458 UNIP 2020 all rights reserved IV O movimento de correção é o movimento entre a ferramenta e a peça empregado para compensar alterações de posicionamento devidas por exemplo pelo desgaste da ferramenta Indique a alternativa correta aApenas a I e II estão correta b Apenas I e IV está correta c Apenas a I está correta d Apenas II e III está correta e Todas estão corretas Exercício 2 slide 5558 UNIP 2020 all rights reserved Atualmente a evolução da tecnologia proporciona excelentes níveis de qualidade nos processos de fabricação na indústria metalmecânica sobretudo com utilização de máquinas CNC Nesse sentido no processo de fabricação de eixos de aço ABNT 1045 são utilizadas em geral operações de torneamento de desbaste e em seguida acabamento para atingir os baixos níveis de rugosidade exigidos pela indústria Nesse contexto os parâmetros de corte usados nas operações supracitadas são fundamentais para atingir o resultado de trabalho desejado Assim sendo concluise que no torneamento de Exercício 3 slide 5658 UNIP 2020 all rights reserved a desbaste devese aplicar em geral baixo avanço e baixa velocidade de corte b acabamento devese aplicar em geral elevado avanço e baixa velocidade de corte c acabamento devese aplicar em geral baixo avanço e elevada velocidade de corte d desbaste devese aplicar em geral baixo avanço e grande profundidade de corte e desbaste devese aplicar em geral pequena profundidade de corte e elevada velocidade de corte Exercício 3 slide 5758 UNIP 2020 all rights reserved FERRARESI D Fundamentos da Usinagem dos Metais Ed Edgard Blucher 1977 BRESCIANI FILHO E ET alli Conformação Plástica dos Metais disponível para acesso livre em httpwwwocwunicampbrfileadminuseruploadcursosEM730CONFORMACA OPLASTICADOSMETAIS1pdf 2011 MACHADO A R et alli Teoria da Usinagem dos Materiais Ed Edgard Blucher 2011 NOVASKI O Introdução à Engenharia de Fabricação Mecânica Ed Edgard Blucher 2003 NOVASKI O Custos de Usinagem Ed Edgard Blucher 2003 MACHADO A R et alli Teoria da Usinagem dos Materiais Ed Edgard Bkucher 2011 SCHEAFFER L Conformação Mecânica Imprensa Livre Porto Alegre 1999 HELMAN H C et alli Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais Ed Artliber 2005 DINIZ A ET alli Tecnologia da Usinagem dos Materiais Ed Artlieber 2008 httpswwwhomesandvikbr httpportalinepgovbr REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS slide 58 58 UNIP 2020 all rights reserved FIM