Slide Exercícios 1-2021 2

Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Exercícios Prof. Fabio Antonio Xavier, Dr. Eng. Fonte fotos: A. Ellermeier Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina • Formulário • Exemplos Plano da Aula 2 Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Tabela 3 Material Material da ferramenta Tabela 1 Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina 4 Schönherr Tabela 2 Tabela Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Força de Usinagem 5 Fu ou F = Força de usinagem [N] Fa = Força ativa (soma vetorial das forças Ff e Fc, influenciam diretamente a potência) [N] Ff = Força de avanço [N] Fc = Força de corte[N] Fp = Força passiva (posicionamento, não influencia diretamente a potência, mas é responsável pela deformação da máquina) [N] Importante: As forças aparecem pontuais, mas atuam distribuídas sobre o gume e as superfícies de contato. Fu Fc Ff Fa Fp F Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Determinação da Força de Corte no Torneamento 6 f avanço por rotação mm/rev vc velocidade de corte m/min ap profundidade de corte mm b Largura de usinagem mm h Espessura de usinagem mm n rotação rpm κ ângulo de posição ap f h b κ n d vc 𝐴 = 𝑎𝑝 ∙ 𝑓 = 𝑏 ∙ ℎ (1.3) 𝑣𝑐 = 𝜋 ∙ 𝑑 ∙ 𝑛/1000 (1.6) ℎ = 𝑓 ∙ sin(κ) (1.4) 𝑏 = 𝑎𝑝 sin(κ) (1.5) 𝑓 = 𝑣𝑓 𝑛 = 𝑣𝑓 𝑣𝑐 ∙ 𝜋 ∙ 𝑑 (1.7) Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Determinação da Força de Corte no Torneamento 7 kc Pressão específica de corte [N/mm2] relacionada a unidade de força por área de um material sen 30º = 0,5 sen 45° = 0,649 sen 80°= 0,951 Mantendo os mesmos parâmetros de ap e f e alterando κ há uma alteração da área do cavaco. Para o cálculo da Força de corte são utilizados a largura b e a espessura h de usinagem: 𝐹𝑐 = 𝑘𝑐 ∙ 𝑏 ∙ ℎ (1.8) Principais fatores que influenciam a força de corte:  Material da peça  Parâmetros de corte profundidade de corte e avanço ℎ = 𝑓 ∙ sen(κ) (1.4) 𝑏 = 𝑎𝑝 sen(κ) (1.5) ap f h b κ n d vc Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina • Aproximação pelo modelo de Kienzle: – Função das características do material; – Função da seção de corte. Força de corte - Kienzle 8 Onde: Fc = força de corte [N]; b = largura de usinagem [mm]; h = espessura de corte [mm]; kc1.1 = pressão específica de corte para um cavaco de 1x1 mm2 [N/mm2]; (1–mc) = coeficiente angular da reta. Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Força e Potência de Corte - Torneamento 9 A = Área de corte b = Largura de corte f = Avanço ap = Profundidade de corte vc = Velocidade de corte h = Espessura de corte k = Ângulo de posição Fc= Força de corte Pc = Potência de corte Pa = Potência de acionamento  = Rendimento da máquina Kc = Força específica de corte f sen h    sen a b p  𝑃𝑐 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑐 + 𝐹𝑓 ∙ 𝑣𝑓+𝐹𝑝 ∙ 𝑣𝑝 𝑃𝑐 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑐 (1.17) 𝑃𝑒𝑙 = 𝑃𝑐 η𝑔𝑒𝑠 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑐 η𝑀 ∙ η𝐺 (1.18) Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Força de Usinagem - Furação 10 fB Fator do processo de furação fz Avanço por gume n Rotação z Nº de gumes D Diâmetro da broca d Diâmetro do pré-furo kc Força spec. corte Md Momento torçor Pa Potência requerida Pc Potência de corte vc Velocidade de corte η Rendimento 𝑀𝑑 = 𝑧 ∙ 𝐹𝑐𝑧 ∙ 𝐷 4 𝑃𝑎 = 𝑃𝑐 η = 𝑧 ∙ 𝐹𝑐𝑧 η ∙ 𝑣𝑐 2 Força de corte por gume Momento e potência de corte Aproximação com um braço de alavanca =D/4: O cálculo da força de avanço Ff é análogo. gume b = Largura de corte h = Espessura de corte fz = 𝑓 𝑧 𝐹𝑐 = 𝐹𝑐𝑧 ∙ 𝑧 𝜎 = ângulo de quina Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Força de Usinagem - Furação 11 𝑀 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑑 4 = 𝐹𝑐𝑧 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑧 𝑀 = 𝐴 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑧 = 𝑑 2 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 𝑧 𝑀 = 𝐴 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑧 = 𝑑 2 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 𝑧 A = 𝑏. ℎ = 𝑎𝑝 ∙ 𝑓𝑧 [𝑚𝑚2] 𝑎𝑝 = 𝑑 2 [𝑚𝑚] 𝑓𝑧 = 𝑓 𝑧 [𝑚𝑚/𝑟𝑝𝑚] ℎ = 𝑓𝑧 ∙ sin 𝜎 2 𝑏 = 𝑎𝑝 sin 𝜅 = 𝑑 2 ∙ sin 𝜅 [𝑚𝑚] 𝜅 = 𝜎 2 𝑃𝑐 = 𝑀 ∙ 𝜔 = 𝑀 ∙ 2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛 = 𝑑2 4 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 𝑧 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛 𝑃𝑐 = 𝑀 ∙ 𝜔 = 𝑀 ∙ 2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛 = 𝑑2 4 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 𝑧 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝜋 ∙ 𝑛 Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Força de Usinagem - Furação 12 Furação aço St-50-2 (kc1.1 = 1499N/mm², 1-mc = 0,7078) Usinagem: Furção cheia com emulsão, D=20mm A ferramenta é nova.  Velocidade de corte vc = 180m/min  Avanço f = 0,3mm  Ferramenta: Broca interiça de metal-duro, ângulo de quina σ = 140° 𝐾𝑣𝑒𝑟 = 𝑓𝑏 = 1,2 (für Bohren) 𝐾𝑣 = 1,380 1800,07 = 0,959 𝐾𝑊𝑉 = 1,0 (für neues Werkzeug) 𝐾𝑊𝑆 = 1,0 (für HM) 𝐾𝑘𝑠 = 0,9 (für Kühlschmieremulsion) furação Ferramenta nova Metal-duro Fluido de corte 𝐾𝑔𝑒𝑠 = kv * Kws*Kwv*Kks Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Força de Usinagem - Furação 13 𝑀 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑑 4 = 𝐹𝑐𝑧 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑧 𝑀 = 𝐴 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑧 = 𝑑 2 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 𝑧 𝑀 = 𝐴 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 ∙ 𝑧 = 𝑑 2 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 𝑘𝑐 ∙ 𝑑 4 𝑧 𝐹𝑐 = 𝐹𝑐𝑧 ∙ 𝑧 Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina 1) Determine a força e a potência de corte na usinagem de uma FoFo cinzento classe 300, ap = 3 mm, f = 0,4 mm/rev, Vc = 210 m/min, ângulo de posição = 75° , Kc11 = 1.130 N/mm², expoente mc = 0,3 , rendimento 0,75. 2) Uma máquina ferramenta possui uma potência disponível no eixo árvore igual a 22 kW. Calcule a máxima seção de usinagem para a usinagem de um aço 42CrMo4 e 34CrMo4 para as seguintes velocidade de corte = 100 e 180 m/min e h = 0,4mm. 3) Para a furação do Material C45E, diâmetro = 8 mm, número de gumes 2, avanço f = 0,15 mm/rev, Vc = 80 m/min. Ângulo de quina 118°. Calcule a potência e o momento torsor (motor com rendimento de 0,75). 4) Para a furação do Material 55NiCrMoV6, diâmetro = 12 mm, número de gumes 2, avanço f = 0,15 mm/rev., Vc = 150 m/min, ângulo de quina 118°, calcule a potência e o momento torsor. Exercícios Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina  Machado, A. R. et al. Teoria da Usinagem dos Materiais. 3a ed. - São Paulo: Editora Blucher, 2015.  Stemmer, C. E. Ferramentas de Corte I. 6a Ed. - Florianópolis: Editora da UFSC, 2005.  Schroetter, R. B., Weingaertner, W. L. Tecnologia da Usinagem com Ferramentas de Corte de Geometria Definida - Parte I. Apostila. 2002.  Klocke, F.; König, W. Fertigungsverfahren 1 - Drehen, Fräsen, Bohren. 8a Ed. Aufflage. Berlin: Springer-Verlag, 2008.  Neugebauer, R. Werkzeugmaschinen - Aufbau, Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen. Berlin: Springer Vieweg, 2012.  Weck, M.; Brecher, C. Werkzeugmaschinen 1 - Maschinenarten und Anwendugsbereiche. 6. Auflage. Berlin: Springer Vieweg, 2005.  Weck, M.; Brecher, C. Werkzeugmaschinen 2 - Konstruktion und Berechnung. 8. Auflage. Berlin: Springer Vieweg, 2006.  Paucksch, E. Zerspantechnik. 11. Auflage. Braunschweig: Vieweg, 1996.  Youssef, H. A.; El-Hofy, H. Machining Technology – Machine Tools and Operations. CRC Press. Bibliografia Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina Dúvidas? 16