Usinagem: Processos e Classificações

Processos de Fabricação 4ª Aula 3ª parte 290922 Prof Paulo C Wanderley Prof Paulo C Wanderley USINAGEM Processo de fabricação mecânica onde a peça acabada 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 possível executar a retirada de cavacos através de trabalho manual limagem serragem etc ou por meio de trabalho mecânico executado através de máquinas que usam ferramentas apropriadas para a execução de cada etapa do processo de fabricação de uma peça Essas máquinas são conhecidas como Máquinas operatrizes ou Máquinasferramentas e podemos destacar como principais as seguintes tornos fresas furadeiras e retíficas Prof Paulo C Wanderley 1 Introdução teórica Classificação das operações de usinagem As operações de usinagem podem ser classificadas em dois tipos as de desbaste e as de acabamento As operações de desbaste são caracterizadas por grande retirada de material em curto intervalo de tempo As operações de acabamento visam a dar à peça suas dimensões finais com o acabamento esperado DINIZ et al 2002 Com relação à cinemática da usinagem os parâmetros mais importantes são a velocidade de corte a profundidade de corte e o avanço FERRARESI 2000 A figura 1 mostra uma operação de torneamento A velocidade de arranque de cavaco é igual à velocidade periférica da peça que é função de sua rotação Essa velocidade é conhecida como velocidade de corte Vc Ao movimento de avanço da ferramenta dado pelo deslocamento da ferramenta na direção paralela ao eixo da peça usinada está associada uma velocidade de avanço Vf Eng Mec Me Paulo C Wanderley Com relação à profundidade de corte p ela é igual à penetração que a ferramenta executa para a remoção de material Sendo d0 o diâmetro inicial da usinagem e df o diâmetro final a profundidade de corte pode ser determinada por Normalmente em uma usinagem o acabamento superficial melhora com o aumento da velocidade de corte Essa melhora é mais acentuada abaixo de dada velocidade máxima chamada de velocidade crítica pois acima dela há aumento do gume postiço formado na ferramenta STEMMER 2005 Com relação ao avanço o acabamento da superfície é mais uniforme quanto menor for o avanço da ferramenta A figura 2 é uma representação do acabamento obtido para três diferentes avanços Figura 2 Diferentes acabamentos para diferentes avanços STEMMER 2005 Na figura 2 de cima para baixo existe uma redução do avanço f Notese que o acabamento melhora quanto menor for o avanço na medida em que a superfície fica mais uniforme Eng Mec Me Paulo C Wanderley Com relação à profundidade de corte ela é maior nas operações de desbaste e menor nas operações de acabamento STEMMER 2005 Nas usinagens em torno figura 1 a ferramenta utilizada apresenta forma alongada com uma haste que se apoia na máquina pela base Essa ferramenta possui um único gume cortante chamado de gume principal como indicado na figura 3 STEMMER 2005 Forças de Usinagem Força de usinagem fcondições de corte f vc ap geometria da ferramenta γ y λ desgaste da ferramenta uso de lubrirefrigerantes outros F Força de usinagem Fc Força de corte Ff Força de avanço Fp Força passiva Forças de Usinagem Na literatura encontraremos Ks ou Kc Fc Ks A sendo Ks Nmm2 pressão específica de corte A área da seção de corte A bh apf sendo b comprimento de corte h espessura de corte ap profundidade de corte f avanço A potência de corte pode ser calculada pela equação Pc Fcvc 60000 kcAvc 60000 kcapfvc 60000 kW onde Pc potência de corte necessária no gume da ferramenta kW Fc força de corte N kc pressão específica de corte Nmm2 A seção de corte mm3 Avc volume de cavacos produzidos na unidade de tempo mm3min ap profundidade de corte mm f avanço mmrot vc velocidade de corte mmin Potência fornecida pelo motor sendo ηrendimento 6080 para máquinas convencionais 90 para máquinas CNC Prof Paulo C Wanderley FORMULAS EXEMPLOS Prof Paulo C Wanderley FORMULAS EXEMPLOS Movimento de profundidade é o que determina a camada de material a ser removida p Profundidade de corte Prof Paulo C Wanderley EXERCICIO EXEMPLO kc kc₁1 hmc 1mc086 mc1086 mc014 Kc2220019014 Kc2801 Nmm² Pc FcVc KcAVc KcapfVc Pc280150220060000 Pc93 Kw Exercício 1 Considerando a Potência de corte do exercício anterior verificar se a usinagem poderá ser realizada num torno CNC de 15 Kw de potência do motor Potência fornecida pelo motor PmPc η sendo ηrendimento 6080 para máquinas convencionais 90 para máquinas CNC Pc93 Kw η09 PmPc 09 Pm 1037 Kw É possível usar no torno especificado Exercício 2 Considerando os dados abaixo f 025 mmrot Vc250 mmin D 220 mm l500 mm ap 5 mm Xr 95 η07 Material CK60 Calcular A Tempo de corte para 2 passes no comprimento de 500 mm B Espessura do cavaco C Potência de corte D Potência necessária do torno convencional A Tempo de corte para 2 passes no comprimento de 500 mm Vc πDn mmin 1000 Vc1000 πDn 2501000 π220n n 36172 Rotmin Vf f n mmmin Vf025 36172 Vf 9043 mmmin 2 passes25001000 mm Tc l Vf Tc10009043 Tc 11 min B Espessura do cavaco A f ap mm² A 025 5 A 125 mm² b ap senχr b 5 sen95 b 51 mm h f senχr h 025 sen 95 h 0249 mm C Potência de corte kc kc₁₁ hᵐᶜ 1mc082 mc1082 mc018 Kc21300249 Kc27357 Nmm² Pc FcVc KcAVc KcapfVc 60000 Pc273575025250 60000 Pc1425 Kw D Potência necessária do torno convencional Potência fornecida pelo motor Pm Pc η Pc1425 Kw η07 PmPc 07 Pm 2036 Kw Prof Paulo C Wanderley 1 Qual é a potência de usinagem necessária para usinar aço baixo carbono com velocidade de corte 120mmin profundidade de corte 3mm e avanço 02mmrot Eficiência da máquina 80 Resposta Substitua o coeficiente de força específica de corte Kc3100MPa na fórmula Pc30212031006010308465kw R Pc465 kW Prof Paulo C Wanderley 2Imagine que você foi contratado por uma indústria para ser o responsável pela determinação dos processos de fabricação que a empresa produz para os clientes Sabendo que cada vez mais o cliente procura por qualidade e baixo custo está sob sua responsabilidade determinar o processo mais adequado para cada componente Dessa forma é importante conhecer os processos de fabricação Com relação aos processos de usinagem convencional é correto afirmar que ao torneamento é um processo de usinagem com ferramenta de geometria não definida ba forma do cavaco está diretamente ligada ao avanço e à profundidade da ferramenta assim como também depende do formato e das condições de uso da ferramenta co fluido de corte é utilizado unicamente para evitar o aquecimento da peça e por consequência não causar queimaduras no operador da geometria de corte não interfere na geração de cavaco nos processos de usinagem convencionais eos processos de usinagem são amplamente mais utilizados em razão da sua relação de custo e produtividade porém os processos de fundição e forjamento apresentam melhores níveis de acabamento se comparados à usinagem ba forma do cavaco está diretamente ligada ao avanço e à profundidade da ferramenta assim como também depende do formato e das condições de uso da ferramenta Prof Paulo C Wanderley 4Usinagem Qual a definição de cavaco e de ferramenta de corte aFerramenta de corte e cavaco são tipos de máquinas utilizadas para a usinagem bFerramenta de corte é o processo de remoção de material para formação de uma peça Cavaco é a porção de material removida da peça e que possui formato irregular cFerramenta de corte é o dispositivo que remove o material excedente da peça Cavaco é o nome dado à peça acabada pronta para uso dCavaco é a porção de material removida da peça e que possui formato irregular Ferramenta de corte é o dispositivo que remove o material excedente da peça eFerramenta de corte é o dispositivo que remove o material excedente da peça Cavaco é a parte da ferramenta que faz contato com a peça em usinagem dCavaco é a porção de material removida da peça e que possui formato irregular Ferramenta de corte é o dispositivo que remove o material excedente da peça Prof Paulo C Wanderley 5Qual a diferença entre operação de desbaste e operação de acabamento aOperação de acabamento é destinada a criar as dimensões finais e acabamento superficial especificado ou ambos Operação de desbaste é anterior ao acabamento visando a gerar na peça a forma e as dimensões próximas das finais bOperação de desbaste é a porção do material removida da peça em usinagem Operação de acabamento é o dispositivo que executa a remoção do cavaco da peça cOperação de desbaste é destinada a criar as dimensões finais e o acabamento superficial especificado ou ambos A operação de acabamento visa a gerar na peça a forma e as dimensões próximas das finais dA operação de acabamento é destinada a criar as dimensões finais e o acabamento superficial especificado ou ambos A operação de desbaste é a porção do material removida da peça em usinagem eOperação de desbaste é anterior ao acabamento visando a gerar na peça a forma e as dimensões próximas das finais Operação de acabamento é o dispositivo que executa a remoção do cavaco da peça aOperação de acabamento é destinada a criar as dimensões finais e acabamento superficial especificado ou ambos Operação de desbaste é anterior ao acabamento visando a gerar na peça a forma e as dimensões próximas das finais Prof Paulo C Wanderley 6Imagine que você foi contratado por uma indústria para ser o responsável pela determinação dos processos de fabricação que a empresa produz para os clientes Sabendo que cada vez mais o cliente procura por qualidade e baixo custo está sob sua responsabilidade determinar o processo mais adequado para cada componente Dessa forma é importante conhecer os processos de fabricação Com relação aos processos de usinagem convencional é correto afirmar que a o torneamento é um processo de usinagem com ferramenta de geometria não definida b a forma do cavaco está diretamente ligada ao avanço e à profundidade da ferramenta assim como também depende do formato e das condições de uso da ferramenta c o fluido de corte é utilizado unicamente para evitar o aquecimento da peça e por consequência não causar queimaduras no operador d a geometria de corte não interfere na geração de cavaco nos processos de usinagem convencionais e os processos de usinagem são amplamente mais utilizados em razão da sua relação de custo e produtividade porém os processos de fundição e forjamento apresentam melhores níveis de acabamento se comparados à usinagem RESPOSTA CORRETA B O processo de usinagem convencional utiliza ferramenta do tipo geometria definida Além disso para auxiliar no processo de corte utilizase fluido que tem diversos benefícios dentre eles refrigerar lubrificar etc Os processos de fundição e forjamento são processos iniciais e rústicos já a usinagem permite a obtenção de melhor acabamento em razão da possibilidade de alterar os parâmetros de corte para cada caso Prof Paulo C Wanderley 7O movimento de avanço em um torneamento é medido em A mmin Bmms Cmmmin Dmmrot Ecmh Alternativa correta D Prof Paulo C Wanderley 8O movimento de corte é Amovimento 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 Bo movimento entre a ferramenta e a peça no qual não se sabe a espessura da camada de material a ser removida Co movimento entre a ferramenta e a peça no qual é estabelecida a espessura da camada de material a ser removida Do movimento entre a ferramenta e a peça no qual é predeterminada a espessura da camada de material a ser removida Eo movimento entre a ferramenta e a peça que juntamente com o movimento de corte possibilita uma remoção contínua do cavaco durante varias rotações ou cursos da ferramenta Alternativa correta A Prof Paulo C Wanderley 9O torno vertical é mais indicado para Apeças de pequenos diâmetros Bpeças longas Cpeças pesadas Dpeças de engrenagens especiais Epeças que necessitam apenas de acabamento com pouca retirada de cavaco Alternativa correta C Prof Paulo C Wanderley 10Os movimentos para a obtenção de uma peça no torno são os movimentos Aprincipal de corte e de avanço da ferramenta e de penetração da peça Bprincipal de corte e de avanço da peça e de penetração da ferramenta Csecundário de corte e de retrocesso da peça e de penetração da ferramenta Dsecundário de corte e de retrocesso da peça e de aproximação da ferramenta Eprincipal de corte da peça e de avanço e de penetração da ferramenta Eprincipal de corte da peça e de avanço e de penetração da ferramenta Prof Paulo C Wanderley 11No torneamento Aa placa universal é usada para a fixação da ferramenta Bo movimento de avanço é dado pelo carro superior do torno Co fuso é usado para avanço do cabeçote móvel Da vara é usada para a abertura de roscas de precisão Ea peça executa o movimento principal de corte Ea peça executa o movimento principal de corte Prof Paulo C Wanderley 12É usado para usinar peças de grandes diâmetros e pequena espessura tais como rodas volantes etc Por este motivo existe um vão cava em frente ao carro para permitir a colocação de peças de grande diâmetro Essa definição é do torno Ade Placa B Vertical CCopiador DRevólver ECNC Ade Placa Um fabricante de eixos roscados que são empregados como fusos de transmissão decidiu fabricar as suas peças em um único passe de torneamento a fim de reduzir o tempo de produção Assim optou por alterar o processo de usinagem no qual os fusos eram fabricados em 8 oito passes de torneamento com ferramentas de aço rápido e passou a fabricar esses fusos em um único passe com ferramentas de metal duro revestidas Antes dessa alteração na linha de produção o fabricante ficou na dúvida se seria possível implementar essa modificação e resolveu calcular a potência de corte para saber se os tornos de sua fábrica teriam condição de atender tal alteração O engenheiro de processos utilizando os dados abaixo calculou a força de corte Fc e a potência de corte Pc necessárias para a fabricação desse tipo de rosca que tem perfil quadrado com dimensões de 16mm de diâmetro externo 13mm de diâmetro interno e passo de 2mm Material aço SAE 4320 Tensão específica de corte Ks 300kgfmm² S área de cavaco mm² Velocidade de corte Vc 100 mmin Potência do torno 20 CV Vc π x d x n1 000 mmin Fc Ks x S kgf Pc Fc x Vc75 x 60 CV 1 Introdução teórica Força e potência de corte nas operações de usinagem A força que atua entre a ferramenta e a peça em um processo de usinagem é a força de usinagem F O conhecimento da força de usinagem e de seus componentes é a base para o projeto de uma máquina ferramenta para a determinação das condições de corte durante o trabalho e para a avaliação da viabilidade de utilização de uma máquina ferramenta STEMMER 2005 Os componentes da força de usinagem são a força de corte Fc a força de avanço Ff e a força passiva Fp A figura 1 mostra em um processo de torneamento a força de usinagem e seus componentes STOETERAU 2015 A força de corte Fc é a força necessária para o arranque do material da peça e consequentemente para a formação do cavaco Ela é a responsável por quase todo o trabalho executado no corte DINIZ MARCONDES e COPPINI 2006 A força de avanço Ff é a força que a peça exerce na ferramenta no sentido oposto ao seu movimento A força passiva Fp é a força existente na ferramenta na direção da profundidade de corte STEMMER 2005 As forças atuantes na usinagem são influenciadas pelos parâmetros envolvidos no processo de formação do cavaco os materiais da peça e da ferramenta a geometria da ferramenta a velocidade de corte o avanço e a profundidade de corte FERRARESI 2014 A profundidade de corte é igual à penetração que a ferramenta executa para a remoção de material DINIZ MARCONDES e COPPINI 2006 Assim quando se chama de d0 o diâmetro inicial da usinagem e de df o diâmetro final a profundidade de corte ap pode ser determinada por ap d0 df2 Eng Mec Me Paulo C Wanderley Exercício resolvido 13 Com isso a força de corte Fc fica Fc kc S Como a força de corte é a principal responsável pelo trabalho executado no corte conhecida a velocidade de corte vc é possível calcular a potência de corte Pc pela expressão apresentada a seguir Pc Fc vc Pc kc S vc Convém observar que a potência de corte difere da potência de acionamento Pa que é a potência fornecida pelo motor à máquina ferramenta porque existem perdas por atrito nos mancais nas engrenagens nos sistemas de lubrificação e no sistema de avanço Conhecidas a potência de corte e a potência de acionamento podemos definir o rendimento da máquina η como a relação entre a potência de corte e a potência de acionamento STEMMER 2005 η Pc Pa Em média o rendimento para as máquinas ferramentas é igual a 075 2 Solução da questão No problema o passo é igual a 2mm Com base nessa informação é possível determinar a área de corte A figura 2 mostra a área de corte na usinagem de uma rosca quadrada A área de corte no caso de uma rosca deve ser igual à metade do avanço multiplicada pela diferença entre o raio externo e o raio interno O problema fornece o diâmetro externo do e o diâmetro interno da usinagem df Assim a profundidade de corte fica ap 16 13 2 15mm A área de corte é S 2mm 16 13 2 mm² 15mm² Com isso a força de corte é Fc kc S Fc 300 kgfmm² 15mm² Fc 300 kgfmm² 15mm² Fc 450 kgf Conhecidas a força de corte e a sua velocidade é possível determinar a potência de corte Pc Fc vc Usando a força em kgf e a velocidade em mmin e desejando que a potência seja conhecida em CV utilizase a equação que segue Pc Fc vc 75 60 CV Pc 450 kgf 100 mmin 75 60 Pc 10 CV Prof Paulo C Wanderley 14Um eixo cilíndrico é fabricado em aço ABNT 1040 a partir de um material bruto com 25 mm de diâmetro O diâmetro nominal do eixo acabado é de 20 mm A operação é realizada em dois passes sendo o primeiro de desbaste e o segundo de acabamento com profundidade de corte de 05 mm Determine o diâmetro inicial para o acabamento e a profundidade de corte do desbaste A profundidade ap de corte no desbaste é calculada por DADOS d025 mm df20 mm apacabamento 05mm d0acab apdesbaste Diametro inicial na operação de acabamentoapós o desbaste 𝑎𝑝 𝑑0 𝑑𝑓 2 2𝑎𝑝 𝑑0 𝑑𝑓 𝑑0 2𝑥05 20 d021 mm Prof Paulo C Wanderley DADOS KS3080MPa Ap10mm L200 mm d060 mm Vc170mmin f01mmrot an bTc dPc 1 Observe o processo de usinagem indicado na figura a seguir e complete a frase abaixo O movimento de corte está indicado pelo número 4 Observe o processo de usinagem indicado na figura a seguir e responda a questão abaixo O movimento lhe avanço está indicado pelo número Respostas dos exercícios 1 1 2 3 3 x 4 2 5 d x 6 Movimento 1 ma ou avanço Movimento 2 mc ou corte Movimento 3 mp ou profundidade 7 Movimento 1 ma ou avanço Movimento 2 mc ou corte 8 Movimento 1 mc ou corte Movimento 2 ma ou avanço Movimento 3 mp ou profundidade 9 Movimento 1 ma ou corte Movimento 2 ma ou avanço 10 Movimento 1 mc ou corte Movimento 2 ma ou avanço Movimento 3 mp ou profundidade Prof Paulo C Wanderley PETROBRAS2005 Em um processo de torneamento cilíndrico no qual o passe com 50 mm de diâmetro tenha uma velocidade de corte de 20mmin temse uma velocidade de rotação da árvore em RPM igual a A 300π B 400π C 600π D 800π E 900π Alternativa B Correta 𝑛 201000 50 𝜋 400 𝜋 𝑟𝑝𝑚 Prof Paulo C Wanderley PETROBRAS2005 Uma peça SAE 1020 de 50 mm de diâmetro é usinada por torneamento Qual a velocidade de corte se a frequência de rotação do eixo árvore do torno mecânico é de 700 rotações por minuto A 110 mmin B 120 mmin C 130 mmin D 140 mmin E 150 mmin Temos então uma velocidade de corte de aproximadamente 110 mmin Alternativa A Correta Prof Paulo C Wanderley FIM BOA NOITE