Análise de Estampagem e Usinagem de Metais

Um copo cilíndrico deve ser confirmado por meio de uma operação de estampagem profilurada A altura do copo é igual a 73 mm e seu diâmetro interno igual a 100 mm A espessura do esboço metálico de partida é igual a 2 mm Se o diâmetro do esboço de partida for igual a 25 mm determine a a razão limite de estampagem b a redução e c a razão espessural d A operação pode ser realizada Usinagem é um processo de fabricação em que uma ferramenta de corte é utilizada para remover material de um peça desejada A característica comum dos processos deste grupo é a utilização de uma ferramenta de corte para formar o cavaco conforme o cavaco é removido nova superfície é exposta A usinagem é dividida em tipos de operação sendo os mais comuns torneamento furação e fresamento ilustrados na Figura 152 No usinamento uma ferramenta de corte possui uma área assistida de corte afiadas e é composta de material mais duro que o material a ser usinado A aresta de corte serve para separar o cavaco do material de origem como mostrado na Figura 151 Das superfícies de ferramentas a aresta de corte é a superfície de saída de flanco Que pode ser rearranjada para determinar φ como se segue tg φ r cos α 1 r sen α 153 A deformação de cisalhamento que ocorre ao longo do plano de cisalhamento pode ser estimada pela análise da Figura 156 A parte a mostra a deformação de cisalhamento representada de modo aproximado por uma série de placas paralelas que se deslocam umas sobre as outras para formar o cavaco Consistente com a definição de deformação de cisalhamento Seção 314 cada placa experimenta a deformação de cisalhamento mostrada na Figura 156b Referindose à parte c a deformação por cisalhamento pode ser expressa como γ AC BD AD DC BD 154 que pode ser reduzida à seguinte definição de deformação por cisalhamento no corte de metais γ tgφ α cotg α 154 1522 FORMAÇÃO EFETIVA DO CAVACO Devese observar que existem diferenças entre o modelo de corte ortogonal e o processo de usinagem real Primeiro o processo de deformação por cisalhamento não ocorre ao longo de um plano de cisalhamento mas dentro de uma região O cisalhamento ocorre em uma região de largura imóvel e a altura do cisalhamento deve ser determinada em relação ao comprimento do plano em vez de se limitar a um produto fino embreagem breve Para o material se comportar de forma realista a deformação deve ocorrer dentro de uma zona fina de cisalhamento Cavanço desconectado Quando materiais dúcteis são usados em altas velocidades de corte os cavanços com frequências de forma semespaços podem ocorrer A forma seria algo como um corte com uma facada e tem de ter a conferência resultante à superfície aumentada Elevado atrito ativoferramenta grande aumento na elevada profundidade de corte promovem formação mais contínua de cavaco Cavanço contínuo Quando materiais duros a resistência ao cisalhamento promove o rompimento e a dupla quebra do cavanço como um conjunto de facetas ou uma flutuação Uma descrição mais completa do cavanço pode ser encontrada por serem encontrados em Trezzi e Wright 13 páginas 364367 As forças aplicadas cortam o cavanço pela ferramenta e podem ser representadas pela soma de duas componentes perpendiculares entre si a força de atrito e a força normal ao atrito A força de atrito F a é força de difícil o serviço em resistência ao cisalhamento a força normal ao atrito N é perpendicular à direção da ferramenta Esses componentes podem ser usados para definir o coeficiente de atrito e a resistência do cavanço μ F N 155 A força de atrito e sua força normal podem ser somadas vetorialmente para formar uma força resultante R que é orientada em um ângulo β denominando ângulo de atrito O ângulo de atrito é relacionado com o coeficiente de atrito por tg φ μ 156 Além das forças da ferramenta que agem sobre o cavanço durante o corte ortogonal na Figura 159 As forças aplicadas cortam o cavanço pela ferramenta incluindo o efeito da deformação e a força normal no cisalhamento A força de cisalhamento F c é força que provoca o cisalhamento A tensão de cisalhamento na Eq 157 representa a taxa de tensão necessária para executar a operação de usinagem Portanto essa tensão é igual ao tensões ao longo do cisalhamento do material trabalhado τ e na condição de corte A soma vetorial dos componentes de força F e Fr produz a força resultante R Para que as forças que atuam na caixa sejam equilibradas a resultante R deve ser igual à omissão em sentido e colinear com a resultante F Nenhuma das direções efetivas pode ser medida diretamente das componentes de força que estão em direções diferentes das já relatadas neste caso a força de corte e a força de penetração A força de corte F é colinear com a direção de corte e mesma direção da velocidade de corte e a força de penetração Fr é perpendicular à força de corte e está associada à espessura do material que será cortado A força de corte e a força de penetração são mostradas na Figura 159b junto com sua força resultante R A área do plano de cisalhamento é dada pela Eq 158 As fracFtsn e heta 254 Assim essa tensão de cisalhamento que é igual à tensão do escoamento por cisalhamento do material trabalhado τ frac8633497 247 extMPa Esse exemplo demonstra que a força de corte e a força de avanço estão relacionadas com a tensão do escoamento por cisalhamento do material trabalhado Entre as hipóteses da equação de Merchant temse que a tensão do escoamento por cisalhamento do material trabalhado é constante e portanto não é afetada pela taxa de deformação temperatura e outros fatores Essa hipótese é válida em operações de usinagem onde a variação é em grandes proporções e relativamente lenta A expressão para estimar o ângulo específico de corte nos casos de cisalhamento é dada φ arctan left frac aub right Energia Específica U ou Potência Unitaria P Material Dureza Brinell Nmm² Potência Unitaria em HP hpin3min 1551 MÉTODOS ANALÍTICOS PARA DETERMINAR A TEMPERATURA DE CORTE 15151 em que ΔT elevação média da temperatura na interface cavacoferro C F U energia específica da operação Nmm² ou Jmm³ difinjury v velocidade de corte ms ins s espessura do cavaco indeterminado in ρ calor específico volumétrico do material Jmm³ C F B F difusividade térmica do material m²s ins OPER AÇÕES DE USINAGEM E MÁQUINASFERRAMENTA 162 TORNEAMENTO E OPERAÇÕES AFINS 1622 OPERAÇÕES RELACIONADAS AO TORNEAMENTO A placa de castanhas Figura 168b está disponível em vários modelos com três ou quatro castanhas para prender a peça cilíndrica pelo seu diâmetro externo As castanhas com frequência clássicas de modo que possam também prender o diâmetro interno de uma peça tubular Uma placa automática possui um mecanismo que movimenta os extremos da peça para fora simultaneamente de modo a centralizar a peça no principal Outras placas permitem a operação independente de cada castanha As placas podem serilitadas com ou sem a ponta no cabeçote móvel Para peças com baixa razão de comprimento e diâmetro a fixação pode ser feita como uma peça com um leme geral suficiente para o suporte adequado Para barbutas longas a ponta no cabeçote móvel é necessária para o suporte adequado A placa plana Figura 168c é um dispositivo fixado ao eixo principal do torno utilizado para prender peças com formas irregulares Devido à sua forma irregular essas peças não podem ser fixadas por outros métodos A placa plana é utilizada com grampos de formato personalizado adequados à geometria especial da peça FIGURA 169 O tipo de peça produzida em um torno automático alimentado por barra em seis eixos 1 sequência de operações para produzir a peça a alimentando a barra de material até o tubo 2 torneamento do diâmetro externo 3 torneamento interno de diâmetro de escareamento 4 furação 5 chanframento e 6 acabamento Crédito Fundamentals of Modern Manufacturing 4ª Edição por Mikell P Groover 2010 Reimpressão com permissão de John Wiley Sons Inc Existem pontos em que a máquina é montada em um suporte e o fuso pode ser girado pelos comandos dos motores e da ferramenta As formas modernas de controle é o comando numérico computadorizado CNC no qual as operações de manufatura são controladas por programas de controle consistindo de sequências de código de máquina definidas O CNC fornece um nível mais sofisticado de controle sobre máquinas capazes de funcionar automaticamente e cada operação desempenha um papel mais ativo na produção e fabricação de pequenos itens semelhantes de equipamentos o nome torna automático é frequentemente usado quando máquinas utilizam essas capacidades A velocidade de rotação em rpm é representada por N 1000 vd Num furo cego a profundidade do furo p é definida como a superfície da peça até a profundidade em que foi usado o diâmetro total como mostra a Figura 1613b Assim o tempo de corte para realizar um furo cego é dado por A máquinaferramenta padrão para a furação é a furadeira Existem vários tipos de furadeiras os mais básicos são a furadeira de coluna Figura 1615 e a furadeira de bancada A velocidade de corte é função do diâmetro externo da freza Ela pode ser convertida em velocidade de rotação da freza utilizando a expressão a seguir que já se tornou familiar N 1000 v π D e o avanço no fresamento geralmente é utilizado como unidade de frese Dessa maneira define o tamanho do cavaco que será formado por cada dente da freza A taxa de remoção de cavaco no fresamento é determinada usando o produto da área de seção transversal de corte e a velocidade de avanço Dessa forma em uma operação de fresamento tangencial de face onde o corte penetra na peça com largura L e profundidade p a taxa de remoção do material será q b p vy As fresadoras são máquinasferramenta que fornecem a rotação necessária para as ferramentas com uma mesa que permite a fixação posicionamento e avanço da peça Diversos tipos de máquinasferramenta satisfazem essas exigências Para apresentálas inicialmente classificaremos as máquinas de usinagem como horizontal ou vertical Uma fresadora horizontal tem um eixo de rotação horizontal Esse conceito é bem adequado para a realização de fresamento periférico por exemplo fresamento tangencial de face canis cantos e perfis em peças que permitem aproximadamente cubos O aplainamento pode ser utilizado para usinar outras formas geométricas além de superfícies planas A restrição dessas formas é que a superfície de corte deve ser reta Isso permite a usinagem de ranhuras entalhes dentadas e outras formas tais como ilustradas na Figura 1632 Máquinas e equipamentos de ferramenta especiais devem ser especificamente para essas formas Um exemplo ilustrativo é a geradora de engrenagens Os progressos na tecnologia de máquinasferramentas aplicados a centro de tornofresamento acrescentam novas funcionalidades à máquina aumentando sua capacidade As funcionalidades adicionais incluem 1 movimentação do frezamento 2 furação de eixos redondos e eixo em espelho tom de máquinaferramenta 2 a utilização de vácuos para resfriamento simultaneamente quer seja usando um único passo ou em duas passagens frezantes 3 a automatização da manipulação de peças através de padrão robôs industriais na máquina O aplainamento é a operação de usinagem que utiliza uma ferramenta de corte monocontacto com movimento linear alternativo em relação à peça No aplainamento convencional uma superfície reta plana é criada por esse processo A Figura 1629 mostra as configurações do processo de aplainamento Na Figura 1629a o movimento de corte é realizado pelo movimento da ferramenta de corte sobre a peça enquanto na Figura 1629b o corte é proporcionado pelo movimento da peça em relação à ferramenta Figura 1635 Tipos de operações de serramento a alternativo b com serra de fita vertical e c com serra circular Crédito Fundamentals of Modern Manufacturing 4ª Edição por Mikell P Groover 2010 Reimpressão com permissão de John Wiley Sons Inc TABELA 162 Valores de tolerância e rugosidade média de superfícies tipos de operações de usinagem Figura 1636 Efeitos dos fatores geométricos para determinar o acabamento teórico da superfície de ferramentas monolíticas a efeito do avanço e b efeito do avanço e c efeito do ângulo de posição da aresta de secção Crédito Fundamentals of Modern Manufacturing 4ª Edição por Mikell P Groover 2010 Reimpressão com permissão de John Wiley Sons Inc CONSIDERAÇÕES DE PROJETO DE PRODUTO PARA USINAGEM 1 Aronson R B Spindles are the Key to HSM Manufacturing Engineering October 2004 pp 6780 QUESTÕES DE REVISÃO 17 FERRAMENTAS DE USINAGEM E TÓPICOS CORRELATOS 171 VIDA DA FERRAMENTA 1711 DESGASTE DE FERRAMENTA 1712 VIDA DA FERRAMENTA E EQUAÇÃO DE TAYLOR