Aula 14: Processo de Torneamento - Forças e Potência de Corte

Práticas Industriais Aula 14 03112021 Prof Adriano Menezes da Silva Processo de Torneamento Forças e Potência de Corte no torneamento Exercícios de Torneamento Torneamento Processo mecânico destinado à obtenção de superfícies de revolução com o auxílio de uma ou mais ferramentas cortantes Para tanto a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o referido eixo Grandezas do processo de Usinagem Velocidade de corte vc Nas máquinasferramenta em que o movimento de corte é produzido pela rotação da ferramenta ou da peça determinase o número de rotações por minuto n através de cálculo ou com auxílio de gráficos ou diagramas Depende da velocidade de corte Vc determinada pelas condições de usinagem e pelo diâmetro d da peça ou ferramenta e é expressa em rotações por minuto rpm 𝑛 𝑣𝑐 1000 𝜋 𝑑 A velocidade corte é informada pelo fabricante da ferramenta Grandezas do processo de Usinagem Valores indicados para iniciação das atividades sem saber o fabricante da ferramenta Grandezas do processo de Usinagem Avanço f O avanço nada mais é que a velocidade de deslocamento de uma em relação à outra a cada rotação do eixo da máquina mmvolta Avanços recomendados para ferramentas de HSS Grandezas do processo de Usinagem Profundidade de corte ap Também é parâmetro recomendado pelo fabricante e também pode ser determinado com base na relação do índice de esbeltez do cavaco apf Forças de Usinagem Força de Usinagem É fator dos parâmetros de usinagem f vc ap geometria da ferramenta χ e λ desgaste da ferramenta uso de lubrirefrigerantes e material da peça Onde F Força de Usinagem Fc Força de Corte Ff Força de Avanço Fp Força Passiva Grandezas do processo de Usinagem 𝑏 𝑎𝑝 sin χ𝑟 ℎ 𝑓 sin χ𝑟 Quando Xr 90 Quando Xr 90 𝑏 𝑎𝑝 ℎ 𝑓 𝐴 𝑏 ℎ 𝐴 𝑎𝑝 𝑓 Grandezas do processo de Usinagem Recomendações de parâmetros pelos fabricantes das ferramentas Força específica de corte Força específica de corte Kc fatores de influência e considerações Influenciado basicamente pelo material em especial a resistência e elementos de liga Influenciado pela geometria da ferramenta Kc11 representa o valor da força específica para um cavaco com área de 1mm2 b 1mm h 1mm Para cada grupo de materiais existe um valor de força específica de corte Kc 𝐾𝑐 𝐶1 𝐶2 𝐾𝑐11 ℎ𝑚𝑐 Fatores de correção para o cálculo de Kc Fator de influência da velocidade de corte C1 Fator do tipo de processo de fabricação C2 𝐾𝑐 𝐶1 𝐶2 𝐾𝑐11 ℎ𝑚𝑐 Velocidade de corte mmin C1 10 30 13 31 80 11 81 400 10 400 09 Processo de fabricação C2 Fresamento 08 Torneamento 10 Furação 12 Fatores de influência na força de corte e força específica de corte Na ordem de 100 mmin a força de corte sofre decréscimos mínimos com o aumento da velocidade de corte Na faixa abaixo de 100 mmin o aumento da força de corte depende principalmente das características do material Velocidade de corte Fatores de influência na força de corte e força específica de corte O avanço eou a espessura de corte h exercem uma das principais influências sobre a força de corte Avanço Fatores de influência na força de corte e força específica de corte Com o aumento da profundidade de corte a força de corte aumenta proporcionalmente Dependendo do avanço selecionado o coeficiente angular da linha se alterando a inclinação da mesma Profundidade de corte Fatores de influência na força de corte e força específica de corte Quando diferentes tipos de materiais são usinados com parâmetros constantes as forças de corte resultantes são diferentes e dependem das propriedades dos materiais Como aproximação inicial podese assumir que com o aumento da tensão de ruptura ou a dureza a força de corte aumenta Material Fatores de influência na força de corte e força específica de corte A escolha do material da ferramenta adequado é um dos fatores decisivos que influenciam na forças de corte As condições acima se aplicam a materiais ferrosos Material da ferramenta Comparação de ferramentas e a consequência na potência de corte Equações utilizadas para cálculos do processo de torneamento Velocidade de avanço Rotação placa 𝑛 𝑣𝑐 1000 𝜋 𝑑 𝑣𝑓 𝑓 𝑛 𝑡𝑐 𝑙 𝑣𝑓 Tempo de corte 𝑏 𝑎𝑝 sin χ𝑟 ℎ 𝑓 sin χ𝑟 Quando Xr 90 Quando Xr 90 𝑏 𝑎𝑝 ℎ 𝑓 𝐴 𝑏 ℎ 𝐴 𝑎𝑝 𝑓 Equações utilizadas para cálculos do processo de Torneamento Equações utilizadas para cálculos do processo de torneamento 𝐾𝑐 𝐶1 𝐶2 𝐾𝑐11 ℎ𝑚𝑐 Velocidade de corte mmin C1 10 30 13 31 80 11 81 400 10 400 09 Processo de fabricação C2 Fresamento 08 Torneamento 10 Furação 12 Equações utilizadas para cálculos do processo de torneamento Potência de corte 𝑃𝑐 𝐹𝑐 𝑣𝑐 60000 𝑃𝑎 𝑃𝑐 η Potência de acionamento 𝐹𝑐 𝐴 𝐾𝑐 Força de Corte Rendimento do motor da máquina Exemplos de cálculo de torneamento 1 Um eixo de comprimento L 600mm Vc150mmin diâmetro de 220mm avanço 03mmvolta deve ser torneado longitudinalmente com 3 passes Calcular a Rotação da máquina b Tempo de corte tc Exemplos de cálculo de torneamento 1 Um eixo de comprimento L 600mm Vc150mmin diâmetro de 220mm avanço 03mmvolta deve ser torneado longitudinalmente com 3 passes Calcular a Rotação da máquina b Tempo de corte Tc 𝑛 𝑣𝑐 1000 𝜋 𝑑 𝑛 150 1000 𝜋 220 𝑛 150000 69113 𝒏 𝟐𝟏𝟕 𝐑𝐏𝐌 𝑡𝑐 𝑙 𝑣𝑓 𝑡𝑐 600 217 03 𝑡𝑐 600 651 𝑡𝑐 922 𝑚𝑖𝑛𝑝𝑎𝑠𝑠𝑒 a b 𝒕𝒄 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝟐𝟕 𝟔𝟔 𝒎𝒊𝒏 Exemplos de cálculo de torneamento 2 Um eixo de comprimento L 135mm Vc100mmin ø 25mm f 02mmvolta deve ser torneado longitudinalmente com 2 passes Calcule a RPM b tempo de corte tc Exemplos de cálculo de torneamento 𝑛 𝑣𝑐 1000 𝜋 𝑑 𝑛 100 1000 𝜋 25 𝑛 100000 7854 𝒏 𝟏𝟐𝟕𝟑 𝐑𝐏𝐌 𝑡𝑐 𝑙 𝑣𝑓 𝑡𝑐 135 1273 02 𝑡𝑐 135 2546 𝑡𝑐 053 𝑚𝑖𝑛𝑝𝑎𝑠𝑠𝑒 a b 𝒕𝒄 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝟏 𝟎𝟔 𝒎𝒊𝒏 2 Um eixo de comprimento L 135mm Vc100mmin ø 25mm f 02mmvolta deve ser torneado longitudinalmente com 2 passes Calcule a RPM b tempo de corte Tc Exemplos de cálculo de potência em torneamento 3 Um eixo de SAE 1070 de 50 mm de diâmetro será desbastada em 2 mm com avanço de 040 mmvolta a uma velocidade de 320 RPM Será utilizada uma ferramenta com ângulo de posição de 60º Calcule a Força e a Potência de Corte Kc111700 Nmm2 e mc 024 Respostas Fc 965 N Pc 0804 kW Exemplos de cálculo de potência em torneamento 3 Um eixo de SAE 1070 de 50 mm de diâmetro será desbastada em 2 mm com avanço de 040 mmvolta a uma velocidade de 320 RPM Será utilizada uma ferramenta com ângulo de posição de 60º Calcule a Força e a Potência de Corte Kc111700 Nmm2 e mc 024 𝑛 𝑣𝑐 1000 𝜋 𝑑 𝑛 𝜋 𝑑 1000 𝑣𝑐 𝒗𝒄 𝟓𝟎 𝐦𝐦𝐢𝐧 320 𝜋 50 1000 𝑣𝑐 𝐾𝑐 𝐶1 𝐶2 𝐾𝑐11 ℎ𝑚𝑐 𝐾𝑐 11 10 1700 0346024 𝑏 𝑎𝑝 sin χ𝑟 ℎ 𝑓 sin χ𝑟 𝐴 𝑏 ℎ 𝑏 10 sin 60 𝑏 10 0866 𝑏 1155 𝑚𝑚 ℎ 04 sin 60 ℎ 04 0866 ℎ 0346 mm 𝐴 1155 0346 𝐴 04 𝑚𝑚2 𝐾𝑐 1870 0346024 𝐾𝑐 1870 1290 𝐾𝑐 24123 𝑁 𝑚𝑚2 Continua Exemplos de cálculo de potência em torneamento 3 Um eixo de SAE 1070 de 50 mm de diâmetro será desbastada em 2 mm com avanço de 040 mmvolta a uma velocidade de 320 RPM Será utilizada uma ferramenta com ângulo de posição de 60º Calcule a Força e a Potência de Corte Kc111700 Nmm2 e mc 024 𝒗𝒄 𝟓𝟎 𝐦𝐦𝐢𝐧 𝑃𝑐 𝐹𝑐 𝑣𝑐 60000 𝐹𝑐 𝐴 𝐾𝑐 𝑏 1155 𝑚𝑚 ℎ 0346 mm 𝐴 04 𝑚𝑚2 𝐾𝑐 24123 𝑁 𝑚𝑚2 Continuando 𝐹𝑐 04 24123 𝐹𝑐 965 𝑁 𝑃𝑐 965 50 60000 𝑃𝑐 48250 60000 𝑃𝑐 0804 𝑘𝑊 Exemplos de cálculo de potência em torneamento 4 Dispõese de um torno de 5 kW para desbastar uma barra de aço SAE 4340 de 100 mm para 96mm de diâmetro a 300 RPM e 045 mmvolta de avanço com uma ferramenta de Metal Duro com ângulo de posição de 45 Calcule a Força e a Potência de Corte Considerando um rendimento de 90 do equipamento o processo é viável Utilizar Kc111900Nmm2 e mc 024 Exemplos de cálculo de potência em torneamento 4 Dispõese de um torno de 5 kW para desbastar uma barra de aço SAE 4340 de 100 mm para 96mm de diâmetro a 300 RPM e 045 mmvolta de avanço com uma ferramenta de Metal Duro com ângulo de posição de 45 Calcule a Força e a Potência de Corte Considerando um rendimento de 90 do equipamento o processo é viável Utilizar Kc111900Nmm2 e mc 024 𝑛 𝜋 𝑑 1000 𝑣𝑐 𝒗𝒄 𝟗𝟎 𝟓 𝐦𝐦𝐢𝐧 300 𝜋 96 1000 𝑣𝑐 𝐾𝑐 𝐶1 𝐶2 𝐾𝑐11 ℎ𝑚𝑐 𝐾𝑐 10 10 1900 0318024 𝑏 𝑎𝑝 sin χ𝑟 ℎ 𝑓 sin χ𝑟 𝐴 𝑏 ℎ 𝑏 20 sin 45 𝑏 20 0707 𝑏 2829 𝑚𝑚 ℎ 045 sin 45 ℎ 045 0707 ℎ 0318 mm 𝐴 2829 0318 𝐴 09 𝑚𝑚2 𝐾𝑐 1900 0318024 𝐾𝑐 1900 1317 𝐾𝑐 25023 𝑁 𝑚𝑚2 Continua Exemplos de cálculo de potência em torneamento 4 Dispõese de um torno de 5 kW para desbastar uma barra de aço SAE 4340 de 100 mm para 96mm de diâmetro a 300 RPM e 045 mmvolta de avanço com uma ferramenta de Metal Duro com ângulo de posição de 45 Calcule a Força e a Potência de Corte Considerando um rendimento de 90 do equipamento o processo é viável Utilizar Kc111900Nmm2 e mc 024 𝑣𝑐 905 mmin 𝑃𝑐 𝐹𝑐 𝑣𝑐 60000 𝐹𝑐 𝐴 𝐾𝑐 𝑏 2829 𝑚𝑚 ℎ 0318 mm 𝐴 09 𝑚𝑚2 𝐾𝑐 25023 𝑁 𝑚𝑚2 Continuando 𝐹𝑐 09 25023 𝐹𝑐 225207 𝑁 𝑃𝑐 225207 905 60000 𝑃𝑐 20381234 60000 𝑃𝑐 34 𝑘𝑊 𝑃𝑎 𝑃𝑐 η 𝑃𝑎 34 090 𝑃𝑎 378 𝑘𝑊 É viável Exercícios de cálculo de potência em torneamento a Calcule a RPM para tornear uma peça de ferro fundido cinzento com diâmetro de 35mm com pastilha de metal duro para desbaste R 591 RPM b Um processo de torneamento para uma peça de aço SAE 1020 com diâmetro de 80 mm será realizado num torno convencional com ferramenta de Metal Duro para acabamento As rotações disponíveis no torno são 140 250 390 600 1080 e 1710 RPM Calcular e identificar a rotação disponível na máquina mais apropriada para o processo R 1194 escolha da rotação de 1080 RPM Exercícios de cálculo de potência em torneamento c Considerando o torneamento de um blank de aço com Ø508mm e 160mm no comprimento Este cilindro deve ser torneado até Ø35mm e o seu comprimento deve ser torneado em 130mm Será utilizada para a operação uma ferramenta de metal duro com χr 90 Calcule a potência de corte e tempo de usinagem total Alguns parâmetros devem ser considerados avanço de 03mmvolta profundidade de corte máximo de 2mm ap material a ser usinado aço ABNT 1045 Considerar que a máquina utilizada possui regulagem de rotação de unidade de RPM e deve ser novamente ajustada a cada passe Utilizar Kc111500Nmm² e mc 025 R Pc 243 kW e tctotal 185 min 22 min Exercícios de cálculo de potência em torneamento d Dispõese de um torno de 3 kW para desbastar uma barra de aço SAE 1045 de 100 mm para 95mm de diâmetro a 400 RPM e 040 mmvolta de avanço com uma ferramenta de Metal Duro com ângulo de posição de 75 Calcule a Força e a Potência de Corte considerando um rendimento de 90 do equipamento É possível realizar o processo nesta máquina Utilizar Kc111500Nmm² e mc 025 R Não é viável pois Pa 425 kW