Forças e Potência de Usinagem: Teoria e Equacionamento

1 Processos de Usinagem Prof Paulo Cardoso sala k 12 paulocardosofurgbr Universidade Federal de Rio Grande FURG Curso de Engenharia Mecânica 2 Unidade 3 Tecnologia da Usinagem Força e Potência de Usinagem 3 A Importância do Conhecimento da Força de Usinagem Estimativa de potência necessária planejamento de processos Projeto de máquinas ferramentas e acessórios Responsável pelo desgaste ou colapso da ferramenta esforço mecânico e atividade térmica Representação critério da usinabilidade 4 Abordagens do Estudo das Forças Teórica Fenômeno da formação do cavaco Corte ortogonal bidimensional Empírica Equacionamento a partir de dados experimentais Corte espacial tridimensional 5 Força de Usinagem no Corte Ortogonal Equacionamento Teórico Sistema em equilíbrio Fu Fu 0 Fu ação da ferramenta sobre o cavaco Fu ação da peça sobre o cavaco 6 Decomposição da Força de Usinagem no Corte Ortogonal Equacionamento Teórico Responsável pela energia no plano de cisalhamento secundário Força de Atrito FT Força Normal FN Força de Ação Fu Responsável pela energia para cisalhar o material no plano de cisalhamento primário Força de Cisalhamento FZ Força Normal ao Plano de Cisalhamento FNZ Força de Reação Fu FORÇA DE USINAGEM Responsável pelo trabalho de corte Força de Corte Fc Força de Avanço Ff FORÇA DE USINAGEM Fu Fc Ff 7 Determinação Geométrica da Força de Usinagem em Função de Fc e Ff Equacionamento Teórico Conhecendose Fc e Ff medidos as outras componentes podem ser determinadas com o e cos sen sen cos sen cos cos sen f c NZ f c Z o f o c N o f o c T F F F F F F F F F F F F 8 Forças de Usinagem no Corte Tridimensional Equacionamento Empírico FORÇA DE CORTE Fc FORÇA DE AVANÇO Ff FORÇA DE APOIO Fap FORÇA ATIVA Ft FORÇA PASSIVA Fp FORÇA DE USINAGEM DIN 6584 No torneamento Fc Fap Fu Fc Ff Fp 9 Potência de Corte Equacionamento Empírico 60000 Fc vc Pc 4500 Fc vc Pc Pc kw Fc N vc mmin Pc CV Fc kgf vc mmin 10 Potência de Avanço Equacionamento Empírico 106 60 f v f F Pf Pf kw Ff N vf mmmin Pf CV Ff kgf vf mmmin 105 45 f v f F Pf 11 Potência Efetiva de Corte e Potência de Fornecida pelo Motor Equacionamento Empírico Potência Efetiva de Corte Pe Potência Fornecida pelo Motor Pm Pf Pc Pe Pf Pc Pc Pe cP Pm Rendimento da Máquina 12 Pressão Específica de Corte ks Equacionamento Empírico f a Fc A F k p c s ks também é entendida como a energia efetiva consumida para arrancar uma unidade de volume de material e Então p c c c e s f a v v F k 13 Pressão Específica de Corte ks Equacionamento Teórico f s e sk e Energia efetiva por unidade de volume de material removido s Energia de cisalhamento por unidade de volume de material removido no plano de cisalhamento primário p c Z Z s f a v v F f Energia de cisalhamento por unidade de volume de material removido no plano de cisalhamento secundário p c cav T f f a v v F 14 Influência do Material da Peça na Força e Potência de Usinagem r r HB Fc Rc Fc MnS P Pb r ks Fc h h Rc R K k c r s Rc fator de recalque 15 Influência da Seção de Corte na Força e Potência de Usinagem Seção de corte A ap f b h A Fc ap Fc linearmente f Fc não linearmente h ks Fc Fluxo lateral h ks Dinâmica do corte Vf 16 Influência da Seção de Corte e do Material da Peça na Força de Usinagem 17 Influência da Geometria da Ferramenta na Força de Usinagem o muito influente o ks Fc o pouco influente o Fc r pouco influente r Fc h RC s pouco influente s Fc 18 Influência do Material da Ferramenta na Força de Usinagem Afinidade química com o material da peça Forte afinidade Aderência forte e estável A Fc Fraca afinidade Baixa tendência à aderência e A Fc 19 Influência do Estado de Afiação da Ferramenta na Força de Usinagem Desgaste Alteração da geometria da ferramenta Na superfície principal de folga VB desgaste de flaco Na superfície de saída KTKM desgaste de cratera Na aresta principal de corte lascas e deformações Aumento da área de contato com o cavaco Atrito 20 Comportamento Típico da Força de Usinagem com o Desgaste da Ferramenta Região 1 Desgaste da superfície principal de folga VB A Fc Região 2 Desgastes das superfícies principal de folga VB e de saída KTKM e ef Compensação Região 3 Deformação e lascamento da aresta principal de corte e KTKM Condição crítica Aumentos de Fcpor desgaste Com controle da Tútil até 30 Sem controle da Tútil até 100 21 Influência do Fluido de Corte na Força de Usinagem Fluido lubrificante na interface e A de contato Fc Difícil penetração em altas vc baixo efeito Fluido refrigerante Temperatura r Fc 22 Influência da Velocidade de Corte na Força de Usinagem Em baixas vc Redução contínua devido ao aumento do calor Redução oscilante devido à APC variação de ef Em altas vc valores usuais nas indústrias Pouca influência devido à redução de r pelo calor gerado 23 Determinação da Pressão Específica de Corte segundo KIENZLE Z s s h k k 1 ks1 e z constantes do material da peça Valores tabelados para ferr de metal duro a seco com Aços o5 o6 r79 s 4 r90 ap 1mm Ferros fundidos o5 o2 r83 s 4 r90 ap 1mm Z s s h k k 1 24 Determinação da Pressão Específica de Corte pela ASME American Society of Mechanical Engineers y x p a s f a c k Ca constantes do material da peça x e y expoentes de influência de ap e f x 01 aços e ferros fundidos y 02 aços y 03 ferros fundidos 25 Determinação da Pressão Específica de Corte pela AWF Associação de Produção Econômica Alemanha Ck constantes do material da peça x expoente de influência de f y 0477 aços e ferros fundidos y k s f k c 26 Determinação da Pressão Específica de Corte segundo KRONEMBERG i g s A G ks C k 5 f a G p b h f a A p Cks g i constantes que dependem o material da peça e da ferramenta g 0160 aços g 0120 ferros fundidos i 0197 aços i 0137 aços Índice de Esbeltez 27 Determinação da Pressão Específica de Corte segundo TAYLOR Para Aços Semidoce Para Ferro Fundido Cinzento Para Ferro Fundido Branco 07 0 200 f ks 0 25 07 0 88 f a k p s 0 25 0 07 138 f a k p s 28 Correção do valor de ks Sandvik Coromant tabelaram Ks e para h04mm corrigindo como segue para ks para h 04 mmrot ks para o 6 2 de Fc para cada 1de o 15 de Fc para cada 1de o ks para a fórmula de Kronemberg Fatores tabelados F1 e F2 0 29 40 h k k stabelado scorrigido 29 Formulário para o Cálculo da Força Principal de Corte Fórmula Geral Fórmula de Kienzle Fórmula da ASME Fórmula da AWF Fórmula de Kronemberg A k F s c z s c b h k F 1 1 y x p a c f a C F 1 1 y p k c f a C F 1 i g c A G Cks F 1 5 30 Cálculo de Força e Potência no Torneamento z s c b h k F 1 1 r ap b sen r f h sen 60000 Fc vc Pc cP Pm f n L tc 31 Cálculo de Força e Potência no Torneamento Exemplo 1 32 Exemplo 2 Cálculo de Força e Potência no Torneamento 33 Cálculo de Força e Potência no Torneamento Exemplo 3 34 Cálculo de Força e Potência na Furação em Cheio Broca c 2 arestas r D b 2sen r f h 2 sen z r r s c f D k F 1 1 2 sen sen Momento de Corte 4 D F M c c Tempo de Corte f n D L tc 3 35 Cálculo de Força e Potência na Furação com PréFuro Broca c 2 arestas z r r s c f d D k F 1 1 2 sen sen r d D b sen 2 4 D F M c c Momento de Corte 36 Cálculo de Força e Potência no Fresamento Frontal de Topoqas c z m s cm Z b h k F 1 1 r Z s e m f D a h sen 114 6 D ae1 1 2 sen D ae2 2 2 sen 2 1 s o s c Z Z 360 Ângulo de Contato Ndentes da fresa ae ae ae1 ae2 37 Cálculo de Força e Potência no Fresamento Tangencial c z m s cm Z b h k F 1 1 D a f h e Z s m 2 57 3 D ae s 2 1 cos o s c Z Z 360 Ângulo de Contato Ndentes da fresa ae ae 38 Cálculo de Força e Potência no Aplainamento b h k F s c Fm Força para acionar mesa peça PM P Peso da peça M Peso da mesa Coef atrito nas guias da mesa 005 roletes 010 plana 60000 c m c v F F Pc 60000 c c v M P F Pc