Apostila - Usinagem Convencional
104
PROCESSOS DE USINAGEM Professor: Luiz Carlos Silva Agosto/2012
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PROCESSOS
DE
USINAGEM
Professor: Luiz Carlos Silva
Agosto/2012
2
ÍNDICE
Introdução aos processos de usinagem .................................................... Movimentos de usinagem........................................................................... Tempo de usinagem................................................................................... Nomenclatura e geometria das ferramentas de corte................................ Formação do cavaco.................................................................................. Força de usinagem..................................................................................... Potência de usinagem................................................................................ Temperatura de usinagem.......................................................................... Fluidos de corte.......................................................................................... Materiais para ferramentas de corte........................................................... Processo de fresamento............................................................................. Processo de furação...................................................................................
01 17 22 30 38 47 54 56 60 68 89 96
3
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE USINAGEM
INTRODUÇÃO A engenharia da fabricação tem disponibilizado grandes esforços no sentido
qualificar ainda mais a transformação da matéria prima em produtos acabados, independente dos vários processos de fabricação. Os diversos processos de fabricação (fundição, conformação, soldagem metalurgia do pó, usinagem e outros) podem ser destacados por suas particularidades e sua utilização deve seguir planejamentos bem organizados.
A maioria dos produtos industrializados pelos processos de fabricação, em alguma das etapas de fabricação, passa por pelo menos um processo de usinagem.
A usinagem é um processo de fabricação de maior popularidade no mundo, pois é capaz de transformar em cavacos aproximadamente 10% de toda a produção de metais. Independente desta popularidade, ainda trata-se de um processo, considerado, bastante imprevisível.
Como exemplo da importância da usinagem na fabricação e na economia
podemos destacar:
De 70 a 80% dos furos, em metais. São realizados por usinagem
A melhoria da integridade superficial dos fabricados são necessariamente obtidos por um processo de usinagem.
A comercialização de maquinas operatrizes, equipamentos, assessórios e ferramentas de corte para as mesmas assume valiosa fatia na economia mundial.
Cerca de até 90% dos componentes da industria aeroespacial são usinados, dentre vários outros.
A usinagem emprega dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo. Algumas peças fabricadas a partir da usinagem podem ser vistas nas gravuras abaixo.
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DEFINIÇÃO
Pela norma DIN 8580 a definição de usinagem aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a remoção de material sob forma de cavaco. Considera se cavaco a porção de material da peça que é retirada pela ferramenta. Caracterizado por apresentar uma forma irregular.
Portanto a usinagem é um processo, onde se produzem peças, removendo-se excesso de material, na forma de cavacos, utilizando uma ferramenta de corte especifica para tal. O estudo da usinagem está baseado na ciências mecânicas; especificamente na termodinâmica (geração e transferência do calor), características e comportamento do materiais (deformação elástica e plástica, atrito e outros).
CLASSIFICAÇÃO A usinagem deve ser classificada observando dois aspectos:
- Quanto à tecnologia aplicada - Quanto a ferramenta de corte
Quanto à tecnologia aplicada
Neste caso a usinagem esta relacionada com o princípio e mecanismo de funcionamento do processo.
Torneamento Fresamento Furação Aplainamento
Convencional Mandrilhamento Brunimento Serramento
Quanto a Tecnologia aplicada
Brochamento Roscamento Retificação
Jato abrasivo Jato d’água Não Convencional Eletroerosão Laser Eletroquímica
O processo convencional também chamado de tradicional, da mesma forma
o não convencional pode ser chamado de não tradicional. Quanto a ferramenta de corte
5
A geometria da ferramenta de corte e de fundamental importância neste caso.
Torneamento Fresamento Furação
Geometria definida Aplainamento
Mandrilhamento Serramento Brochamento Quanto a Geometria da ferramenta de corte
Roscamento
Retificação
Geometria não definida Brunimento Lixamento polimento
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA USINAGEM.
Conforme a definição, a usinagem proporciona a fabricação de peças a partir de um dado material, desde que seja utilizada uma ferramenta de corte para promover o cisalhamento (corte) do material em excesso.
O cisalhamento acontecerá necessariamente se:
- Se o material da ferramenta de corte for de maior dureza que o material da peça.
- Deve existir um movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte
Quanto maior a distância entre a dureza da ferramenta de corte e a dureza do material da peça, maior e melhor será a durabilidade da ferramenta de corte. Caso contrario a referida ferramenta poderá sofrer um desgaste excessivo e ser descartada prematuramente. Este assunto será amplamente discutido durante o curso.
O movimento entre a peça e a ferramenta de corte é produzida pela própria dinâmica da máquina, uma vez que a mesma é dotada de uma fonte de energia mecânica. Tais máquinas recebem o nome de Máquina Operatriz ou Máquina ferramenta.
As principais máquinas Operatrizes ou Máquinas ferramentas utilizadas na usinagem com o nome de seus respectivos processos de usinagem serão mostrados no quadro abaixo:
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Máquinas Operatrizes Processos
Torno Torneamento
Fresadora Fresamento
Furadeira Furação
Plaina Aplainamento
Mandrilhadora Mandrilhamento
Brunideira Brunimento
Serra Serramento
Brochadeira Brochamento
Retifica Retificação
PROCESSOS DE USINAGEM E SUAS OPERAÇÕES
São vários os processos e da mesma forma cada processos possuem uma quantidade considerável de operações. A seguir estaremos discutindo e apresentando as mais importantes.
TORNEAMENTO Processo mecânico de usinagem destinados à obtenção de superfícies de
revolução com o auxílio de uma ferramenta monocortante. Para tanto a peça gira em torno do seu eixo árvore principal (promovendo o movimento de corte) e a ferramenta de corte se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o referido eixo (promovendo o movimento de avanço), dependendo do projeto da peça a ser executado. As figuras 1.1 até 1.8 representam algumas das operações do processo de torneamento.
Figura – 1.1
Figura – 1.2
Figura – 1.3
Figura – 1.4
7
Figura – 1.5
Figura – 1.6
Figura – 1.7
Figura – 1.8
Conforme as gravuras anteriores, os nomes das operações mostradas são: 1.1 – Torneamento retilíneo, de perfil cilíndrico, externo, entre placa e ponta, esta operação pode ser de desbaste ou acabamento. Assim como aquelas das figuras 1.2, 1.3, 1.4 e 1.8.
1.2 – Torneamento retilíneo, de perfil cilíndrico, interno. 1.3 – Torneamento retilíneo, de perfil cônico, interno. 1.4 – Torneamento retilíneo, de perfil cônico, externo, entre placa e ponta. 1.5 – Operação de sangramento radial externo 1.6 – Operação de sangramento axial. 1.7 – Torneamento de faceamento. 1.8 – Torneamento curvilíneo, de perfil especial, externo.
A máquina Operatriz utilizada no torneamento recebe o nome de Torno. São máquinas de diversos tipos e modelos, dependendo da aplicação. Nas figuras a seguir são apresentados alguns modelos de torno.
Figura 1.9 – Torno paralelo universal
8
Acredita-se que 85% das máquinas ferramentas que ocupam o parque industrial brasileiro compõem-se de tornos e que destas 96% são Torno paralelo universal
Outros modelos de tornos podem ser vistos na gravura abaixo.
Figura 1.10 – Torno CNC Figura 1.11 – Torno Revolver
Figura 1.12 – Torno Copiador Figura 1.13 – Torno Vertical
FURAÇÃO Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de furos utilizando
uma ferramenta multicortante, chamada de Broca. O processo pode ser realizado em tornos e fresadoras, alem da própria furadeira.
Na Furadeira a peça permanece fixa. A ferramenta de corte gira (movimento de corte) e ao mesmo tempo promove um deslocamento linear, na direção do material da peça (movimento de avanço).
No torno a peça gira, (movimento de corte) enquanto a ferramenta de corte desloca se segundo a direção do eixo árvore, na qual coincide com o centro do furo (movimento de avanço). Na fresadora, o movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte, pode ocorrer da mesma forma da furadeira ou do torno, dependendo das particularidades da máquina e da peça.
As figuras 2.1 até 2.4 representam algumas das operações do processo de Furação. 2.1 – Furação em cheio
9
2.2 – Furação com pré-furo 2.3 – Furação escalonada 2.4 – Furação de centro.
Figura – 2.1
Figura – 2.2
Figura – 2.3
Figura – 2.4
A seguir será apresentado alguns modelos de furadeiras.
10
FRESAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção superfícies com
perfis variado e irregular. A ferramenta multicortante tem movimento de rotação conforme o eixo árvore gira (movimento de corte). Quanto ao material da peça, este quase sempre, tem percurso coincidente com o perfil da peça (movimento de avanço).
A ferramenta de corte ou o conjunto delas, utilizada no fresamento recebe o nome de fresa.
As figuras 3.1 até 3.8 representam algumas das operações do processo de fresamento.
Figura – 3.1
Figura – 3.2
Figura – 3.3
Figura – 3.4
Figura – 3.5
Figura – 3.6
3.1 - Fresamento cilíndrico tangencial. 3.2 - Fresamento frontal de faceamento. 3.3 - Fresamento frontal de topo. 3.4 - Fresamento frontal de perfil. 3.5 - Fresamento cilíndrico tangencial de perfil. 3.6 - Fresamento composto. A seguir será apresentado algumas fresadoras utilizadas no processo de fabricação industrial. Alguns modelos podem apresentar nomes deferentes, dependendo do fabricante.
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Fresadora Universal Fresadora Ferramenteira
Fresadora de portal ou Gantry
APLAINAMENTO
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção superfícies, geralmente plana, a partir do movimento linear da ferramenta de corte.
As várias operações do processo de aplainamento serão mostradas nas figuras 4.1 até 4.6 a seguir.
Figura – 4.1
Figura – 4.2
12
Figura – 4.3
Figura – 4.4
Figura – 4.5
Figura – 4.6
4.1 - Aplainamento de guias planas 4.2 - Aplainamento de superfícies planas 4.3 - Aplainamento de perfis 4.4 - Aplainamento de rasgo de chaveta interna 4.5 - Aplainamento de rasgo de chaveta externa 4.6 - Aplainamento de ranhuras A máquina operatriz utilizada no aplainamento recebe o nome de Plaina. Os modelos de algumas plainas encontram-se na gravura seguinte.
Plaina Limadora Plaina de Mesa
RETIFICAÇÃO
Processo de usinagem destinado à obtenção superfícies com melhor integridade superficial. É utilizando um ferramenta de corte com geometria não definida, chamada de rebolo. A mesma durante a usinagem, será responsável pelo movimento de corte, em forma de revolução.
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Para complementar o processo, o deslocamento da peça dependerá da geometria da superfície a ser trabalhada:
Quando cilíndrica, também deve ter um movimento de revolução, alem do deslocamento axial (movimento de avanço).
Quando plana, deverá existir apenas o deslocamento axial como movimento de avanço.
Nas figuras 5.1 ate 5.6 será mostrado algumas das várias operações de retificação.
Figura – 5.1
Figura – 5.2
Figura – 5.3
Figura – 5.4
Figura – 5.5
Figura – 5.6
São elas: 5.1 - Retificação cilíndrica externa. 5.2 - Retificação cilíndrica interna. 5.3 - Retificação cônica externa. 5.4 - Retificação cilíndrica sem centro. 5.5 - Retificação tangencial plana. 5.6 - Retificação frontal.
As figuras a seguir mostram as retificas mais utilizadas.
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Retífica Plana Retífica Cilíndrica
SERRAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado à separação, recorte ou seccionamento. É considerado um processo inicial. A ferramenta multicortante deve ser de pequena espessura. Quanto à dinâmica das máquinas, estas são bastante variáveis, dependendo principalmente do modelo de cada uma. Conforme pode ser observado nas gravuras 6.1 até 6.4.
Figura – 6.1
Figura – 6.2
Figura – 6.3
Figura – 6.4
As operações acima recebem os seguintes nomes: 6.1 - Serramento alternativo. 6.2 - Serramento contínuo. 6.3 - Serramento circular com ferramenta metálica. 6.4 - Serramento circular com ferramenta abrasiva.
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OUTROS PROCESSOS Existem ainda vários outros processos de usinagem, da mesma forma
também importante, apesar de ser menos utilizados. O quadro abaixo mostra alguns destes processos e suas operações.
ALARGAMENTO
Figura –7.1
Figura – 7.2 REBAIXAMENTO
Figura –7.3
Figura –7.4
MANDRILHAMENTO
Figura –7.5
Figura –7.6
BROCHAMENTO
Figura – 7.7
Figura – 7.8
ROSCAMENTO
16
Figura – 7.9 Figura – 7.10
Figura – 7.11
Figura – 7.12
BRUNIMENTO RASQUETEAMENTO
Figura – 7.13
Figura – 7.14
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MOVIMENTOS DE USINAGEM MOVIMENTOS DE USINAGEM (Padronizado pelas normas da ABNT - NBR 6162/1989)
São classificados em:
Movimentos que participam na formação do cavaco
Movimentos que não participam na formação do cavaco
Movimentos que participam na formação do cavaco
São conhecidos como movimentos ativos e estão divididos em: - Movimento de corte - Movimento de avanço - Movimento efetivo
Movimento de corte Proporciona o deslocamento do material a ser cisalhado no sentido da
ferramenta de corte É responsável pela formação unitária do cavaco A velocidade tangencial no ponto de contato da ferramenta de corte e o
material a ser usinado é conhecido como velocidade de corte (Vc)
O vetor velocidade de corte tem a mesma direção e sentido do movimento
de corte e vale:
Vc = n
n
Movimento
de corte
Vc
h
h’
n
Vc
Movimento
de corte
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Por definição a Vc será dado em m/min Cada par - Ferramenta de corte/Material a ser usinado - tem um valor para
a Vc e seus valores são encontrados em livros de usinagem, catálogos de fabricantes de ferramentas de corte ou de maquinas operatrizes.
A tabela seguinte relaciona a velocidade de corte com a ferramenta de corte e o material a ser usinado.
Velocidade de corte (Vc) em função do material da peça e do material da ferramenta de corte.
Materiais Ferramentas de aço rápido Ferramentas de Metal Duro c/ uma camada de revestimento-
TiC
Desbaste Acabamento Desbaste Acabamento
Aço 1020 – 1030
25 30 200 300
Aço 1045 –1050
15 20 120 160
Aço 1060 –1070
12 16 40 60
Ferro fundido maleável
20 25 70 85
Ferro fundido cinzento
15 20 65 95
Ferro fundido branco
10 15 30 50
Bronze 30 40 300 380
Latão e cobre 40 50 350 400
Alumínio 60 90 500 700
Fibra 25 40 120 150
Para as operações de faceamento deve ser utilizado a mesma velocidade de corte adotada no desbaste.
Para as operações de furação deve ser utilizado a mesma velocidade de corte adotada no desbaste.
Para as operações de rosqueamento e sangramento deve ser utilizado 50% da velocidade de corte adotada no desbaste.
Para as operações não especificadas, o fabricante de ferramenta de corte juntamente com o fornecedor do material devem ser consultados. Nestes casos a prática dos responsáveis pelo processo de usinagem não deve ser desprezada
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Movimento de avanço
É o movimento relativo que proporciona o deslocamento da ferramenta de corte no sentido do material a ser cisalhado
É responsável pela formação continua do cavaco
Assim como a Vc, o avanço (f) é outra variável importante no processo de
usinagem e pode ser entendido como o “pequeno” deslocamento longitudinal da ferramenta de corte a cada volta que a peça completa. É dado em mm/volta.
A velocidade de avanço é dada por:
Vf = nf
O seu valor depende da potencia da máquina operatriz e principalmente do
acabamento superficial que se pretende obter.
Movimento efetivo É a resultante dos dois movimentos anteriores. Este movimento tem
importância na analise da rigidez e nos esforços resultante que a máquina operatriz está sujeita, principalmente na etapa de projeto da mesma. Na gravura seguinte é possível observar a direção e o sentido do movimento efetivo.
n Movimento
de avanço
Vf
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Para os outros processos como furação, fresamento e retificação, os
três movimentos podem ser identificados pelas gravuras seguintes
n Movimento
de avanço
Vf
Movimento
de corte
Vc
Movimento
efetivo
Ve
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Movimentos que não participam na formação do cavaco
São conhecidos como movimentos passivos e estão divididos em: Movimento de aproximação Movimento de ajuste ou de profundidade Movimento recuo
Movimento de aproximação Movimento relativo entre a peça e a ferramenta com a qual a ferramenta de corte, antes de iniciar a usinagem aproxima-se da peça, conforme pode se ver na figura abaixo.
Movimento de ajuste ou de profundidade Movimento relativo entre a peça e a ferramenta que irá determinar a espessura do material a ser cisalhado. A essa espessura dá-se o nome de profundidade de corte (ap) tornando se o terceiro parâmetro de usinagem mais importante. Juntamente com o avanço a profundidade de corte determina a área do cavaco, que durante a usinagem, poderá ser responsável pela potencia de corte e o desgaste prematuro da ferramenta dentre outros. Na figura seguinte é possível observar o referido movimento.
n
Movimento de
aproximação
Pto
de Pré-set da
ferramenta de corte
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Movimento de recuo
Movimento relativo entre a peça e a ferramenta que, após o corte, irá proporcionar o retorno da ferramenta de corte ao seu ponto de partida.
TEMPO DE USINAGEM
A gestão da produção industrial, atualmente, tem dado grande importância à produtividade das superfícies usinadas. Uma vez que é cada dia maior a quantidade de usinados no diversos segmentos do nosso dia a dia.
Torna-se então necessário, por parte do gestor de usinagem, conhecer os fatores que possam aumentar a produtividade com menor custo. Para tal o mesmo deve levar em consideração os seguintes fatores:
A correta escolha da máquina ferramenta e assessórios aplicados ao processo,
O tempo necessário para a execução de cada peça e
Planejamento de execução, conforme a geometria e material da peça.
Portanto é de fundamental importância o conhecimento do tempo de usinagem bem como as variáveis que modificam o mesmo.
O tempo de usinagem é classificado em: - Tempo Passivo e - Tempo Ativo.
Tempo Passivo
É uma parcela do tempo de usinagem (Tu). No tempo passivo (tp) não se faz o cisalhamento do cavaco. Dentre os diversos itens do planejamento de usinagem serão considerados tempo passivo as seguintes operações:
Carregamento de máquina, Pré-set de ferramenta,
n
Movimento
de ajuste
ap
ap
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Movimento de aproximação, Movimento de ajuste ou de profundidade, Movimento recuo e Troca de ferramenta
A dimensão do tempo passivo é um fator de grande relevância na escolha tecnológica da máquina ferramenta, quando comparado com o tempo ativo.Se aparecer a desigualdade, mostrada abaixo, a máquina ferramenta convencional deve ser substituída por outra máquina operatriz automática ou CNC
tp > ta,
Os valores dos tempos passivos para algumas operações, dependendo da
maquina, são obtidos de forma experimental. Vários fabricantes de máquinas/equipamentos e algumas instituições de pesquisa têm se empenhados na determinação estes.
O livro “Manual de calculo dos tempos de usinagem dos metais” de T. V. Gorgon, apresenta um conjunto completo de tabelas referentes a tempo passivo que podem ser facilmente manuseadas.
Ao final deste, aparece um conjunto de tabela sobre tempos passivos. Tempo Ativo É considerada uma parcela significativa do tempo de usinagem (Tu), pois no tempo ativo (ta) ocorre efetivamente a retirada do cavaco. Serão considerados tempo ativo aqueles necessários nas operações de desbaste, faceamento, rosqueamento e outras que ocorrem com o funcionamento automático da maquina operatriz.
O tempo ativo pode ser determinado em função do comprimento (L) usinado do avanço (f) e da rotação (n). Será dado por:
O tempo ativo determinado pela expressão acima registra o tempo para apenas uma passada, O número de passadas irá depender da geometria da peça e da profundidade de corte permitido pela máquina. Passada Chama-se passada o percurso da ferramenta de corte, pré-determinado pelas dimensões da peça. O percurso vai desde a origem do corte até o ponto de retorno da ferramenta, sendo o número de passada dado por:
L ta = ____________
nf
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Exemplo Determinar o No de passadas para facear e desbastar o pino mostrado na gravura abaixo.
Material utilizado 2” x 160mm Profundidade de corte 5mm
Para faceamento
Lmaior - Lmenor 160 - 158 número de passada = ___________________ = _______________ = 0,4
ap 5
Portanto deve ser utilizado uma passada Para desbaste
2” - 1”
número de passada = _______________ = 2,54
2 x 5
Portanto deve ser utilizadas três passadas Tempo de Usinagem
O tempo total de usinagem da peça será dado pelo somatório dos tempos passivos mais os tempos ativos.
maior - menor número de passada = ___________________
2 ap
2” 1”
115
158
25
Tu = tp + ta,
Através do tempo total de usinagem torna-se possível determinar: Consumo unitário de energia elétrica dos usinados, Custo unitário de mão de obra para os produtos usinados, Depreciação da máquina Operatriz para cada peça fabricada Fixar prazo de entrega para as encomendas e outros.
APLICAÇÕES
1) Determinar a rotação para fresar a peça mostrada na gravura ao lado. Dados do processo:
Ferramenta de corte Material da fresa: HSS
Dimensão: 1 ½ ” x 2 ½”
Material da peça FoFo Cinzento Dimensão 100 x 150 x 35mm
2) Relacione as maquinas operatrizes conhecida por você e descreva o nome do processo de usinagem por ela executado. Descreva ainda as prováveis formas de cada operação. 3) Qual a diferença entre a ferramenta de corte utilizada no processo de Brunimento e no processo de furação? 4) Qual a função do desbaste e do faceamento na operação de torneamento?
5) Foi realizado o torneamento de um material de diâmetro de 50 mm a uma rotação de 160rpm Durante a operação foi levantado o gráfico mostrado abaixo.
26
Velocidade de corte x Diametro
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60
Diametro
Velo
cid
ade d
e co
rte
Qual a forma de torneamento foi realizada para gerar tal gráfico? Desbaste Externo, Rosqueamento, Faceamento, Desbaste interno,....... 6) Determinar o tempo ativo para fabricar a peça mostrada na gravura abaixo.
INFORMAÇÕES A SEREM CONSIDERADAS Material: Aço ABNT 1050
Dimensões: 60 x 145mm Ferramenta de corte Ferramenta Para desbaste, Faceamento e Acabamento. Material: Inserto de metal duro
Geometria: oo == 44oo;; oo == 1100
oo;; rr == 3300
oo rn = 0,1 mm. Dados da Máquina
60 28
98
142
As cotas estão em mm Tolerância considerada: + 0,05mm
Acabamento não indicado: Classe N8
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Torno Paralelo Universal (Convencional) Curva de capacidade da maquina para atender o aço ABNT 1050
Tabela de Rotação da máquina - dado em rpm
Rot. 1 33 Rot. 6 66 Rot. 11 630 Rot. 16 1260
Rot. 2 85 Rot. 7 190 Rot. 12 715 Rot. 17 1430
Rot. 3 260 Rot. 8 510 Rot. 13 910 Rot. 18 1820
Rot. 4 350 Rot. 9 700 Rot. 14 1125 Rot. 19 2250
Rot. 5 460 Rot. 10 920 Rot. 15 1580 Rot. 20 3160
Tabela de Avanço por volta dado em mm
Avanço transversal Avanço longitudinal
f. 1 0,009 f. 6 0,091 f. 11 0,020 f. 16 0,205
f. 2 0,016 f. 7 0,119 f. 12 0,065 f. 17 0,280
f. 3 0,025 f. 8 0,130 f. 13 0,100 f. 18 0,331
f. 4 0,040 f. 9 0,165 f. 14 0,125 f. 19 0,360
f. 5 0,065 f. 10 0,204 f. 15 0,160 f. 20 0,385
Outras informações técnicas consideradas importantes. O valor teórico de Ra é dado pela equação abaixo
2
a18 3. n
fR
r
GRUPOS E CLASSES DA RUGOSIDADE SUPERFICIAL
Rugosidade – Ra dado em m Grupo
Máx. 0,10 0,80 6,3 50 1000 Classe N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 Ra (m) 0,025 0,04 0,05 0,10 0,16 0,2 0,4 0,63 0,80 1,5 2,5 3,2 6,3 10 12,5 25 40 50 100 160 250 400 630
Curva de Capacidade
01,5
34,5
67,5
910,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Avanço-f-(mm/volta)
Pro
fun
did
ad
e-a
p-
(mm
)
28
7) Utilizando o ábaco mostrado na gravura seguinte escolha a rotação para tornear uma material cujo diâmetro é de 60mm e velocidade de corte de 50m/min. Após a escolha da rotação calcule a velocidade de corte real.
8) Selecione um conjunto de máquina ferramenta para usinar as peças abaixo.
A B
29
C D
9) O que é Usinagem convencional?
10) De nomes aos processos mecânicos de usinagem mostrados nas Figuras abaixo. Qual a operação apresentada?:
(a)........................................................... (b)............................................................
(c)............................................................ (d)..................................................................
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NOMENCLATURA E GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE
1. INTRODUÇÃO A geometria da ferramenta de corte exerce influência, juntamente com outros fatores, na usinagem dos metais. É necessário portanto definir a ferramenta através das superfícies, arestas e ângulos da cunha cortante.
A norma brasileira que trata desse assunto é a norma da ABNT NBR 6163/80 – Conceitos da Técnica de Usinagem - Geometria da Cunha Cortante-Terminologia [1]. As definições apresentadas a seguir são baseadas nesta norma. 1.2. DEFINIÇÕES As seguintes definições adotadas são necessárias para a determinação da geometria da cunha cortante de uma ferramenta de usinagem. As definições são melhor compreendidas através das figuras 1.1 a 1.5
Cunha de Corte: é a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga da ferramenta. Através do movimento relativo entre a peça e a ferramenta, formam-se os cavacos sobre a cunha de corte, conforme as figuras 1.1, 1.2 e 1.3.
Superfície de Saída A: é a superfície da cunha de corte sobre a qual o cavaco se desliza, podendo ser observado nas figuras 1.1, 1.2 e 1.3.
Superfície de Folga: é a superfície da cunha de corte, que determina a folga entre a ferramenta e a superfície gerada pela usinagem. Distinguem-se a
superfície principal de folga A e a superfície secundária de folga A’, conforme figuras 1.1, 1.2 e 1.3.
Arestas de Corte: são as arestas da cunha de corte formada pelas superfícies de saída e da folga. Deve-se distinguir a aresta principal de corte S e a aresta secundária de corte S’:
- Aresta Principal de Corte S: é a aresta de corte delimitada pela interseção entre a superfície de saída e a superfície principal de folga, sendo observada no plano de referência da ferramenta de corte. - Aresta Secundária de Corte S’: é a aresta de corte delimitada pela interseção entre a superfície de saída e a superfície secundária de folga, sendo observada no plano de referência da ferramenta de corte.
Ponta de Corte: parte da cunha de corte onde se encontram as arestas principal e secundária de corte. Melhor observada no plano de trabalho.
31
Ponto de Corte Escolhido: ponto destinado à determinação das superfícies e ângulos da cunha de corte, ou seja, as definições se referem a um ponto da ferramenta, dito ponto de corte escolhido ou “Ponto de Referência”.
Figura 1.1. Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma ferramenta de torno.
Figura 1.2. Arestas de corte e superfícies das pontas de corte de uma fresa frontal.
32
Figura 1.3. Arestas de corte e superfícies das pontas de uma broca helicoidal.
Os ângulos da cunha cortante
Os ângulos da cunha cortante destinam-se à determinação da posição e da forma da cunha de uma ferramenta. Devem ser distinguido e identificado por letras do alfabeto grego. Essa identificação foi criada a partir das mudanças ocorridas em 1981, quando foi homologada a norma NBR 6163/80 da ABNT. Se o ângulo for referente à uma aresta secundária de corte, os símbolos recebem um apóstrofo (‘).
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As definições apresentadas a seguir são mostradas nas figuras 1.4 e 1.5
Ângulos Medidos no Plano de Referência
Ângulo de Posição Principal da Ferramenta r: ângulo entre a aresta principal de corte e a linha de centro da superfície a ser usinada, medido no plano de referência da ferramenta. É quase sempre positivo e situa-se sempre fora da cunha cortante, de forma que o seu vértice indica a ponta de corte. Este ângulo indica a posição da aresta de corte.
Ângulo de Posição Secundário da Ferramenta ’r: ângulo entre a aresta secundária de corte e a linha de centro da superfície a ser usinada, medido no plano de referência da ferramenta. É positivo e situa-se sempre fora da cunha cortante, de forma que o seu vértice indica a ponta de corte. Este ângulo indica a posição da aresta secundária de corte.
Ângulo de Ponta da Ferramenta r: ângulo entre a aresta principal de corte e a aresta secundaria de corte, seu vértice indica a ponta da ferramenta. Deve ser medido no plano de referência da ferramenta.
Para os três ângulos vale portanto, a seguinte relação:
r r r
o | 180
Figura 1.4 Ângulos medidos no plano de referência da ferramenta
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Ângulos Medidos no Plano de Corte:
Ângulo de Inclinação da Ferramenta s: ângulo entre a aresta de corte e o plano de referência da ferramenta, medido no plano de corte da ferramenta.
O ângulo de inclinação é sempre um ângulo agudo, cujo vértice indica a ponta de corte. Ele é positivo quando, observando-se a partir da ponta de corte, a aresta de corte encontra-se na região posterior em relação ao plano de referência, orientando-se para tanto segundo o sentido de corte.
Ângulo de Saída da Ferramenta o: ângulo entre a superfície de saída
A e o plano de referência da ferramenta (direção Vf), medido no plano ortogonal da ferramenta (corte ortogonal)
O ângulo de saída é sempre um ângulo agudo. Podendo ser positivo ou negativo, dependendo das características da usinagem.
Ângulo de Cunha da Ferramenta o: ângulo entre as superfícies de
saída A e de folga A, passando pelo ponto de referência, medido no plano ortogonal da ferramenta
Ângulo de Folga da Ferramenta o: ângulo entre a superfície de folga
A e a superfície gerada pela usinagem (direção da Vc), medido no plano ortogonal da ferramenta.
Para os três últimos ângulos vale a seguinte relação:
o o o
o 90
35
Figura 1.1. Cunha de Corte da Ferramenta.
Estes ângulos definidos acima podem ser medidos também em outros planos. As definições apresentadas aqui são consideradas as mais importantes, para maiores informações deve-se consultar a norma NBR 6163. 3.4. FUNÇÕES E INFLUÊNCIA DOS ÂNGULOS DA CUNHA CORTANTE.
Ângulos de Folga (o)
Evitar atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta.
Se o é pequeno, a cunha não penetra convenientemente no material, a ferramenta perde o corte rapidamente, grande geração de calor e prejudica o acabamento superficial.
Se o é grande, a cunha da ferramenta perde resistência, podendo soltar pequenas lascas ou fraturar.
o depende principalmente de: resistência do material da ferramenta e da peça
a usinar. Geralmente 2o 14o.
Nunca deve ser negativo.
Ângulo de Saída (o)
Influi decisivamente na força e na potência necessária ao corte, no acabamento superficial e no calor gerado.
Quanto maior o menor será o trabalho de dobramento do cavaco.
o depende principalmente de:
Resistência do material da ferramenta e da peça a usinar.
Quantidade do calor gerado pelo corte.
Velocidade de avanço (vf).
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o negativo é muito usado para corte de materiais de difícil usinabilidade e em cortes interrompidos, com o inconveniente da necessidade de maior força e potências de usinagem e maior calor gerado na ferramenta.
Geralmente -10o o 30o.
Ângulo de Inclinação (s):
Controlar a direção de saída do cavaco.
Atenuar vibrações.
Geralmente -4o s 4o.
Ângulo de Posição (r):
Distribui as tensões de corte favoravelmente no início do corte.
Aumenta o ângulo de ponta (r), aumentando a sua resistência e a capacidade de dissipação de calor.
Influi na direção de saída do cavaco.
Produz uma força passiva na ferramenta, reduzindo vibrações.
Geralmente 30o r 90o. Em perfilamento pode ser maior que 90o.
A seguir será apresentado uma tabela com valores para os principais ângulos da ferramenta de corte. Será considerando o material da ferramenta de corte e o material a ser usinado.
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Lista de Exercícios sobre Geometria das Ferramentas de Corte
Questão 1 Cite algumas influências da geometria da ferramenta de corte durante a usinagem.
Questão 2 Defina os três principais ângulos da cunha cortante de uma ferramenta multicortante. Para melhor definição faça uma gravura.
Questão 3 Observando a geometria de uma ferramenta de corte, qual superfície apresenta maior desgaste durante a usinagem?
Questão 4 Defina ângulo de posição. Em que situação ele pode ser negativo?
Questão 5
Qual deve ser o valor máximo para o ângulo o?
Questão 6 Cite os ângulos das ferramentas de corte conhecidos por você
a) Medidos no plano de referência da ferramenta de corte b) Medidos no plano ortogonal c) Medidos no plano de trabalho
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FORMAÇÃO DO CAVACO
A principal justificativa se estudar a FORMAÇÃO DO CAVACO deve ao fato do seu mecanismo interferir no desgaste da ferramenta, na força de corte, no calor gerado, na utilização do fluido de corte, dentre outros.
Os fatores citados acima são de certa forma, consideráveis durante o processo de usinagem. Outros fatores devem ser considerados de maior relevância, pois estão diretamente ligados a formação do cavaco. São eles:
Seleção da geometria da ferramenta
Segurança do operador,
Qualidade superficial da peça,
Forma racional do descarte.
MECANISMO DA FORMAÇÃO DO CAVACO O corte ortogonal representa muito bem a operação de usinagem. Para se
fazer o estudo da formação do cavaco, ele sempre será utilizado, pois pode representar, de forma simplificada, os diversos processos de usinagem.
Entende se por formação do cavaco: O momento imediatamente anterior ao cisalhamento do material em
excesso, até sua movimentação sobre a superfície de saída da ferramenta de corte.
Quatro etapa define o intervalo descrito acima. São eles:
Recalque (deformação elástica) Deformação plástica. Ruptura. Saída do cavaco.
Recalque O material em excesso (que deve ser cortado) movimenta se na direção da
cunha cortante da ferramenta de corte. Devido a esse movimento relativo entre a peça (movimento de corte) e a ferramenta (movimento de avanço) aparece um
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esforço capaz de recalcar o material promovendo assim a sua deformação elástica, no corte ortogonal da figura 1 ilustra o fenômeno.
Figura 1 - Recalque da porção A sobre a ferramenta de corte
Deformação plástica À medida que o processo continua, o limite de escoamento do material em
excesso é alcançado, então ocorre a deformação plástica do material. Na região onde ocorre o dobramento do cavaco, acontece grande quantidade de deformação plástica, ficando estabelecido então a zona de cisalhamento primária.
Para o estudo da usinagem a zona de cisalhamento primária será representada por um plano chamado de plano de cisalhamento primário. Neste plano inicia se o cisalhamento do cavaco. A figura 2 mostra a zona de
cisalhamento primária juntamente com o segmento AB que representa o plano de cisalhamento primário
Figura 2 – Zona de cisalhamento primária e o plano de cisalhamento primário.
Peça
Ferramenta
Cavaco
A
Peça Cavaco
Ferramenta
Zona de cisalhamento primária
Plano de cisalhamento
primário
A
B
40
Ruptura Ainda com o avanço da ferramenta de corte sobre o material, as tensões
dentro da zona de cisalhamento aumentam progressivamente e a resistência ao cisalhamento do material será vencida. Tal fato proporciona o início da abertura de uma trinca na ponta da ferramenta que tenderá a se propagar na direção do plano de cisalhamento primário.
Dependendo da ductilidade ou da fragilidade do material da peça, a fratura que irá se propagar sobre o plano de cisalhamento primário poderá ser completa ou parcial.
Saída do Cavaco Depois da porção A passar pela zona de cisalhamento primária, restará a mesma deslocar se sobre a superfície de saída da ferramenta. Devido a grande quantidade de tensões o cavaco sofrerá deformações no sentido de mudar a sua geometria.
Com o movimento o cavaco sobre a superfície de saída da ferramenta, surge uma nova região chamada de Zona de cisalhamento secundaria, que é caracterizada pela interface cavaco ferramenta, conforme figura 3.
Figura 3 – Zona de cisalhamento secundaria e a deformação do cavaco sobre a mesma
A
B
C
Zona de cisalhamento 2aria secundária
Cavaco deformado, após passar pela zona de cisalhamento 1aria
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ÂNGULO DE CISALHAMENTO E GRAU DE RECALQUE
Durante um ciclo de formação do cavaco, em uma das etapas verificou se o surgimento zona de cisalhamento primária. Para simplificar o estudo, esta zona
será representada por um plano, como foi mostrado na linha AB da Figura 2. Também pode ser observado na figura 3 o ângulo de cisalhamento primário
que foi definido como sendo o ângulo formado entre esse plano de cisalhamento primário e o plano de corte. Verifica-se experimentalmente, que a espessura do cavaco, h’, é maior que a espessura do material a ser removido, h (espessura de corte), e o comprimento de cavaco correspondente é por conseguinte, mais curto. Da mesma maneira a velocidade de saída do cavaco, vcav, é menor que a velocidade de corte, vc, conforme na gravura 3.
A deformação plástica ocorrida no cavaco, durante a usinagem pode ser dada pelo grau de recalque, Rc, é definido pela relação:
Rch
h
v
v
c
cav
'
O ângulo de cisalhamento pode ser determinado pela medição direta da espessura do cavaco, h’, assim:
cos
sentg
Rc
onde é o ângulo de saída normal.
O valor do grau de recalque, Rc, e do ângulo de cisalhamento, , é uma boa indicação da quantidade de deformação dentro da zona de cisalhamento primária.
Pequenos valores de (altos valores de Rc) significaram grande quantidade de deformação no plano de cisalhamento primário, e vice-versa.
Na interface cavaco ferramenta, está localizada a zona de cisalhamento secundária, que oferece resistência ao movimento do cavaco. Grande quantidade de energia é consumida será consumida nessa região
TIPOS DE CAVACO
Durante a usinagem uma nova superfície é gerada na peça, ou pela formação de um cavaco contínuo, quando se usina materiais dúcteis, ou pela formação de um fluxo de elementos de cavacos quebrados em pedaços, quando se usina materiais frágeis..
Quanto ao tipo existem pelo menos três:
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Cavacos contínuos, Cavacos parcialmente contínuo Cavacos descontínuos
Cavacos Contínuos.
Serão formados na usinagem de materiais dúcteis, como aços de baixa liga, alumínio e cobre, conforme figura 4 O metal cisalha na zona de cisalhamento primário com grande quantidade de deformações. Apesar da forma de fita desses cavacos não apresentar, normalmente, nenhuma evidência de fratura ou trinca, uma nova superfície está sendo gerada na peça e isto tem que envolver fratura. Alguns pesquisadores explicam a formação do cavaco contínuo da seguinte maneira: um campo de tensão de tração se desenvolve na ponta da ferramenta, como resultado da curvatura imposta pela cunha cortante, produzindo a trinca necessária para separar o material. Depois desse campo de tensão de tração, o material está sujeito a elevada tensão de compressão, e a propagação da trinca será interrompida ao chegar nesta região, garantindo a formação de cavaco contínuo.
Figura 4 – Cavaco contínuo
Cavacos parcialmente contínuos É um tipo intermediário entre os cavacos contínuos e descontínuos, onde a trinca se propaga só até uma parte do plano de cisalhamento primário. É muitas vezes denominado de cavaco de cisalhamento.
Podem ocorrer dois fatores são importantes: A energia elástica acumulada na ferramenta pode não ser suficiente
para continuar a propagação da trinca. A ferramenta perderá contato com o cavaco, interrompendo assim, o crescimento (propagação) da trinca;
A presença de grande tensão de compressão no plano de cisalhamento primário, um pouco além da ponta da ferramenta, que reduz a propagação da trinca.
Cavacos descontínuos.
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Os cavacos descontínuos são mais comuns quando usinando materiais frágeis, como o bronze e os ferros fundidos cinzentos, que não são capazes de suportarem grandes quantidades de deformações sem fratura. Entretanto, baixas velocidades, ângulo de saída pequeno e grandes avanços podem também gerar cavacos descontínuos em certos materiais semi-dúcteis. Com o aumento da velocidade de corte o cavaco tende a se tornar mais contínuo, primeiro porque a geração de calor é maior e o material por conseguinte mais dúctil, A Figura 5, mostra este tipo de cavaco. A trinca, neste caso, se propaga por toda a extensão do plano de cisalhamento primário, promovendo a fragmentação do cavaco. A zona de cisalhamento secundária (interface cavaco-ferramenta) também tem influência no processo. Inicialmente, a componente de força tangencial à superfície de saída é menor do que a força necessária para promover o escorregamento do cavaco. Haverá então, o desenvolvimento de uma zona de material estática, e separação do cavaco ocorrerá com o aumento da relação força tangencial/força normal.
Figura 5 – Cavaco descontínuo
Através de estudos sobre a formação de cavacos continuo e/ou descontínuos, alguns pesquisadores filmaram, no corte ortogonal de aços carbono, ligas de cobre, alumínio e titânio, a velocidades de corte muito baixas. Simultaneamente, as forças de corte e avanço foram monitoradas. Os autores variaram avanço f, profundidade de corte ap e o ângulo de saída da ferramenta. Além de observarem uma relação direta do comportamento das componentes de força de usinagem com a formação do cavaco, eles construíram curvas que identificam o tipo do cavaco com os parâmetros variados como ilustra a Figura 6
A figura ilustra a usinagem do latão
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Figura 6 - Tipo de cavaco em função da profundidade de corte e do ângulo de
saída. x = cavacos contínuos; = cavacos parcialmente contínuos; o = cavacos descontínuos.
FORMAS DE CAVACOS
Quanto à forma, os cavacos são classificados conforme a norma ISO, na qual utiliza a figura 7 abaixo. - cavaco em fita. - cavaco helicoidal. - cavaco espiral. - cavaco em lascas ou pedaços.
fragmentado
Figura 7 – Formas de cavaco pela norma ISO
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Quanto as condições de corte, em geral, um aumento da velocidade de corte, uma redução no avanço ou um aumento no ângulo de saída, tende a mover a forma do cavaco para a esquerda da Figura 7, isto é, produzir cavacos em fitas (ou contínuos, quanto ao tipo). O avanço é o parâmetro que mais influencia e a profundidade de corte o que menos influencia na forma dos cavacos. A Figura 8 mostra como as formas dos cavacos são afetadas pelo avanço e pela profundidade de corte
Figura 8 - Efeito do avanço e da profundidade de corte na forma dos cavacos
Apesar das condições de corte poderem ser escolhidas para evitar, ou pelo menos reduzir a tendência de formação de cavacos longos em fita (contínuos, até o momento, o método mais efetivo e popular para produzir cavacos curtos, é o uso de dispositivos que promovem a quebra mecânica deles. Estes dispositivos são popularmente conhecidos como “quebra-cavacos”.
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Lista de Exercícios sobre a Formação do cavaco
Questão 1 Defina grau de recalque
Questão 2 Descreva as principais etapas da formação do cavaco. Qual delas deve ser considerada mais importante, do ponto de vista do desgaste da ferramenta de corte?
Questão 3 Cite pelo menos três dos principais fatores que torna importante a analise da formação do cavaco.
Questão 4 Para as mesmas condições de usinagem (Vc, f, ap e geometria da ferramenta) foram medidas as espessuras do cavaco, sempre no mesmo local, e foram encontrados os valores na tabela abaixo.
Cavaco Medida em mm
Cavaco 1 2,35
Cavaco 2 210
Cavaco 3 1,95
Cavaco 4 2,00
Cavaco 5 2,40
Cavaco 6 2,30
Cavaco 7 2,35
Cavaco 8 2,10
Foi utilizado de 0,19mm/volta. Qual o valor mínimo e o valor máximo da deformação plástica do cavaco (grau de recalque) para a situação acima.?
Questão 5 Relacione os procedimentos, conhecidos por você, que possa transformar cavaco contínuo em cavaco descontínuo.Considere os seguintes fatores: Vc, f, ap, geometria de ferramenta de corte, fluido de corte, introdução de elementos de corte livre e outros.
Questão 6 Durante a usinagem, o que torna mais interessante: obtenção de cavaco com alto fator de empacotamento (acima de 20) ou baixo fator de empacotamento (abaixo de 5),
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FORÇA DE USINAGEM
A necessidade de se conhecer a força de usinagem que atua na cunha cortante e o estudo do comportamento de suas componentes tem grande importância. A partir dela a potência necessária para executar o corte, pode ser estimada, fato de grande importância, no projeto das máquinas ferramentas e de seus componentes.
A força de corte também pode ser responsabilizada pela deformação plástica e conseqüentemente o desgaste acelerado da aresta da ferramenta de corte.
A ação da peça (material a ser cortado) sobre a ferramenta de corte gera no processo de usinagem um conjunto de forças. A força total resultante que atua na cunha cortante durante a usinagem é chamada de força de usinagem. A gravura abaixo mostra as forças que aparecem.
Representação das forças que atuam na cunha da ferramenta. A força de usinagem também pode ser usada como índice de usinabilidade
dos materiais de construção mecânica. Conforme mostra a gravura acima, o movimento da ferramenta de corte em
relação à peça proporciona dois grupos de forças, sendo:
Forças que resultam da ação da ferramenta de corte - Fu. Forças que resultam da ação da peça – F’u.
Considerando que o material da peça não sofra deformações durante o corte tem-se:
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Fu Fu ' 0 como mostra a gravura anterior.
A resultante Fu pode ser decomposta em duas componentes: FT que é a
força de atrito, responsável pela energia consumida no plano de cisalhamento secundário. FN que é a força normal, perpendicular a FT.
A resultante Fu’ pode ser decomposta em FZ, a força de cisalhamento, no plano de cisalhamento primário que é a responsável pela energia consumida para cisalhar o material naquele plano. A componente FNZ é a força que exerce a compressão no plano de cisalhamento primário, e é perpendicular a FZ.
A força resultante Fu pode ainda ser decomposta em:
Fc força de corte, na direção de corte, responsável pela quase totalidade do trabalho realizado no corte.
Ff, a força de avanço, na direção de avanço e perpendicular a Fc no caso do torneamento. Portanto:
Fu Fc Ff
Utilizando o conhecido “CÍRCULO DE MERCHANT”, mostrado na gravura abaixo, torna-se possível envolver as componentes Fc, Ff, FT, FN, FZ e FNZ.
Determinação geométrica das componentes da força de usinagem
As componentes Fc e Ff podem ser facilmente determinadas, pois elas agem em direções conhecidas. Conhecendo-se Fc e Ff, todas as outras componentes podem ser determinadas, em função do ângulo de saída da
ferramenta , e do ângulo de cisalhamento , conforme as figuras acima.
F Fc FfT . sen .cos F Fc FfN .cos .sen
F Fc FfZ .cos .sen F Fc FfNZ . sen .cos
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As componentes Fc e Ff podem ser facilmente determinadas, pois conforme já foi informado, elas agem em direções conhecidas. Dinamômetros, principalmente, à base de cristais piezoelétricos ou extensômetros elétricos, são utilizados para a sua medição.
Segundo a norma DIN 6584 as Força de Usinagem podem ser
representadas de forma Tridimensional. Neste caso, o tratamento é idêntico ao corte ortogonal, com a diferença que agora uma terceira componente de Fu está presente, transportando a resultante da força de usinagem do plano para o espaço. A terceira componente é a força passiva Fp (projeção de Fu sobre a perpendicular ao plano de trabalho) e para o torneamento, conforme gravura seguinte.
Portanto:
Fu Fc Ff Fp
Todas estas três componentes de Fu podem ser determinadas com o
auxílio de um dinamômetro, pois suas direções são conhecidas.
FATORES QUE INFLUENCIAM A FORÇA DE USINAGEM
Pelos estudos e analises, feitos anteriormente, sobre as condições de interface cavaco-ferramenta, ficou evidente as alterações que a força de usinagem pode sofrer. A maior ou menor dificuldade que o cavaco irá encontrar na sua saída promove essas alterações. Portanto, a força de usinagem depende das condições da interface cavaco-ferramenta.
Todos os fatores que contribuem para a movimentação livre do cavaco por sobre a superfície de saída da ferramenta de corte, atuam no sentido de diminuir a força de usinagem Fu e vice-versa.
Se na interface cavaco ferramenta aparecer uma restrição ao escoamento do cavaco, a ação da ferramenta sob o cavaco tem que ser suficiente para vencer esta restrição. Quanto maior essa restrição maior será a força.
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Portanto a força de usinagem dependente de dois fatores principais:
Área dos planos de cisalhamento primário e secundário.
Resistência ao cisalhamento, do material da peça, nos planos de cisalhamentos primário e secundário.
Com isto, qualquer variável que venha influenciar nos dois fatores citados acima, devem ser considerados no momento da analise sobre a força de usinagem. Alguns deles serão discutidos na seqüência. Velocidade de corte
A velocidade de corte é um fator determinante na variação da força de usinagem. Quando a mesma é aumentada, tem-se também aumento da geração de calor, proporcionado menor resistência ao cisalhamento do material nas zonas primárias e secundárias, desta forma a força de usinagem tende a sofrer uma redução.
Pode ser notando que para valores bem altos da velocidade de corte o comportamento da força é praticamente constante.
Na figura seguinte pode ser notada a variação da força de usinagem em função da velocidade de corte.
Influência da velocidade de corte na força de corte A gravura acima mostra a variação da força de usinagem em função da
velocidade de corte para alguns metais. Para materiais que contêm segunda fase, caso dos aços e FoFo , em baixas velocidades, a APC se faz presente. Observa-
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se, neste intervalo, um comportamento da força de usinagem bem característico onde:
- Inicialmente, para velocidades bem pequenas, a APC ainda está ausente e a tendência é a redução da força. - Com o aumento da velocidade de corte, inicia-se a formação da APC e a força de usinagem diminui imediatamente porque o ângulo de saída do cavaco é consideravelmente aumentado e a área do plano de cisalhamento secundário é reduzida. - Aumentando ainda mais a da velocidade de corte, além deste ponto, a APC começa a ser reduzida e, por conseguinte a força de usinagem começa a aumentar. - A partir do momento em que a APC não mais aparece, a força de usinagem começa a reduzir. - O aumento da velocidade de corte além deste ponto, que são valores normalmente utilizados na indústria, exerce pouca influência nos valores da força de usinagem, permanecendo a partir de então quase que constante.
Avanço e profundidade de corte
O aumento destes dois fatores, irá diretamente aumentar as áreas dos planos de cisalhamento primário e secundário que causam um aumento da força de usinagem, numa proporção direta, quase que linear. Entretanto, é verificado experimentalmente que o efeito do avanço é maior que da profundidade de corte.
A Gravura seguinte ilustra esta influência para três materiais diferentes.
Influência da seção de corte e da resistência do material da peça nas componentes de força de usinagem.
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Material da Peça. De uma maneira geral, quanto maior a resistência do material a usinar, maior a resistência ao cisalhamento nos planos de cisalhamento e, portanto, maior a força de usinagem. Entretanto, baixa resistência pode vir acompanhada de elevada ductilidade e isto pode aumentar a área da seção de corte, influenciando também a força de usinagem. Material da ferramenta de corte.
A afinidade química do material da ferramenta com o material da peça pode atuar principalmente, na interface cavaco ferramenta. Se a tendência for promover uma zona de aderência estável e forte, a força de usinagem poderá ser aumentada. Se a tendência for diminuir o atrito na interface, evitando as fortes ligações de aderência, a área da seção de corte poderá ser reduzida, diminuindo a força de usinagem. Portanto só dependerá do par ferramenta/peça e ainda do revestimento da ferramenta de corte.
Geometria da ferramenta de corte O ângulo mais influência na força de usinagem é o ângulo de saída. A sua
redução tende a aumentar a área de contato cavaco-ferramenta e impor uma maior restrição ao escorregamento do cavaco por sobre a superfície de saída, aumentando a força de usinagem.
Outro ângulo que afeta a força de usinagem é o ângulo de posição, r. Com
o aumento deste ângulo, desde que o ângulo de posição lateral ’r não se altere, a força de usinagem diminui ligeiramente.
A gravura a seguir mostra a variação da força de corte em função dos
ângulos o e r.
O ângulo de folga 0, só terá influência, se utilizado valores bem pequenos
(<30). Neste caso o atrito naquela região irá aumentar e, portanto, afetar a força de usinagem proporcionalmente.
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Estado de conservação da ferramenta de corte O desgaste da ferramenta de corte pode alterar a geometria da ferramenta,
porém o efeito maior é devido ao aumento da área de contato com o cavaco e/ou com a peça, com o crescimento do desgaste de cratera e de flanco, respectivamente. Isto faz aumentar a força de Usinagem.
Utilização do fluído de corte O uso de fluído de corte, com a ação lubrificante, reduz a área de contato cavaco-ferramenta e diminui a força de usinagem. Entretanto, quando prevalece uma ação refrigerante, o fluído de corte pode aumentar a força de usinagem, por promover um aumento da resistência ao cisalhamento do material nas zonas de cisalhamento, pela redução da temperatura.
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE A pressão específica de corte pode ser entendida como sendo a energia
consumida para arrancar uma unidade de volume de material da peça, assim:
KsFc v
v f a
Fc
f ae
c
c p p
.
. . .
Portanto a pressão específica de corte, Ks, deve ser definida como a relação entre a força de corte, Fc, e a área da seção de corte, A, resultando assim:
KsFc
A , onde A = ap . f então: Ks
Fc
a fp
.
Várias são as forma de determinar o valor de Ks. Dentre os mais utilizados destacam se:
Método de Taylor
Ksf ap
88
0 25 0 07, ,. Ks
f ap
138
0 25 0 07, ,. Ks
f
2000 07,
Para FoFo cinzento Para FoFo branco Para aços
ASME (American Society of Mechanical
Engineers) AWF (Associação de Produção Econômica -
Alemanha)
KsCz
fn KsCw
f
0 477,
Cz = constante do material n = 0,2 para aços n = 0,3 para FoFo
onde, Cw = constante do material.
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É verificado experimentalmente que o fator mais influente no valor de Ks é o avanço.
POTÊNCIA DE USINAGEM As potências necessárias para a usinagem resultam como produtos das
componentes da força de usinagem pelas respectivas componentes de velocidade.
Potência de Corte – Nc
NcFc vc
60 75 Sendo dado em:
Nc em CV, Fc em Kgf e vc em m/min. Potência de Avanço – Nf
NfFf vf
1000 60 75 Sendo dado em:
Nf em CV, Ff em Kgf e vf em mm/min. Potência Efetiva de Corte – Ne
Ne Nc Nf Potência Fornecida pelo Motor - Nm.
Nas máquinas ferramentas que apresentam um único motor para acionar o movimento de corte e o movimento de avanço, a potência fornecida pelo motor vale
NmNc
Onde é o rendimento da máquina ferramenta, que vale
geralmente de 60 a 80%.
55
LISTA DE EXERCICIO SOBRE FORÇA DE USINAGEM. Questão 1 Descreva sobre os motivos que justifica o estudo da força de usinagem.
Questão 2 Analisando o corte ortogonal, quais são forças que aparecem atuando no cavaco?
Questão 3 Devido aos movimentos padronizados, causados pelas principais variáveis de corte no processo de torneamento, quais são as forças que aparecem durante a usinagem.
Questão 4 Quais são os principais fatores que quantificam a força de usinagem? Justifique a resposta. Quanto aos parâmetros de usinagem, quais suas influências na força de corte?
Questão 5 Defina pressão específica de corte
Questão 6 Pesquise sobre os diferentes métodos de medição da força de usinagem.
Sugestão: Utilize o livro Fundamentos de usinagem dos metais. Autor : Dino Ferraresi.
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TEMPERATURA DE USINAGEM A temperatura de usinagem esta totalmente ligada à energia consumida no processo, pois toda essa energia consumida sempre será convertida em calor. Apenas uma pequena parcela de 3 a 5% que ira permanecer no sistema como outra forma de energia. O calor gerado no processo deve ser responsabilizado pela deformação, o cisalhamento e o atrito entre as partes envolvidas na usinagem (peça ferramenta de corte e cavaco). A gravura abaixo apresenta três regiões diferentes onde o calor deve ser gerado durante o processo de usinagem.
Região de geração do calor processo de usinagem.
Essas regiões recebem o nome de: A - Zona de cisalhamento primário, Zona A. B - Zona de interface cavaco/ferramenta, (zona de cisalhamento secundário), Zona B. C - Zona de interface peça/superfície de folga da ferramenta, Zona C.
A dissipação desse calor total ocorre, na sua maioria, pelo cavaco. Outra parcela é dissipada pela peça e pelo meio ambiente. Por fim o resto deve seguir para ferramenta de corte, que representa em média 10% de todo calor gerado. Esse valor pode elevar a temperatura na ferramenta de corte em valores acima de 1000o C, comprometendo de forma significativa a resistência da ferramenta. Conforme as fontes de geração e dissipação de calor, a equação de balanço energético pode ser assim descrita:
QfQmaQpQcavQQQ CBA
Sendo:
B
A
C
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QA = calor gerado na zona de cisalhamento primário. QB = calor gerado na interface cavaco/ferramenta. QC = calor gerado na zona de interface peça-superfície de folga da
ferramenta. Qcav = calor dissipado pelo cavaco. Qp = calor dissipado pela peça. Qma = calor dissipado pelo meio ambiente. Qf = calor dissipado pela ferramenta de corte.
A seguir será analisado cada um dos fatores da equação de balanço energético.
CALOR GERADO NA ZONA DE CISALHAMENTO PRIMÁRIO - QA
Duas fontes de calor, na zona de cisalhamento primária, contribuem para a elevação da temperatura no sistema. São elas:
- Deformação plástica do material, - Dobramento e cisalhamento do cavaco. Grande quantidade do calor gerado nesta região será dissipado pelo
cavaco. Apenas uma pequena parcela do mesmo irá alterar a temperatura da peça, que raramente interfere na dimensão da mesma.
Não se observa nenhuma relação entre a velocidade de corte e a temperatura na zona de cisalhamento primária. Assim, mesmo para grandes velocidades de corte a temperatura não deverá sofrer variações consideráveis.
O calor gerado zona de cisalhamento primária, não é capaz de alterar significativamente, a temperatura da ferramenta de corte, pois a passagem do cavaco sobre a superfície de saída ocorre de forma rápida (ordem de milisegundo). Ainda sim a temperatura na interface cavaco/ferramenta é muito maior que do próprio cavaco.
CALOR GERADO NA INTERFACE CAVACO FERRAMENTA
A principal fonte de calor nesta região é o atrito entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta de corte. É esta, provavelmente, a fonte de calor de maior responsabilidade pelas altas temperaturas da ferramenta de corte.
Essa temperatura está limitada ao material que se pretende usinar: - Para materiais de baixa resistência mecânica e baixo ponto de fusão,
como por exemplo o Al, Cu, Mg e outros, tem se uma pequena quantidade de calor gerada na zona de cisalhamento secundária.
- Já para materiais com alta resistência mecânica e com elevado ponto de fusão, como as ligas de níquel, titânio, FoFo branco e outros, produzem grandes quantidades de calor na zona de cisalhamento secundária, quando usinados.
Diferente da zona de cisalhamento primária a temperatura da interface cavaco-ferramenta irá aumentar consideravelmente quando aumenta se a velocidade de corte. Nestas condições, a temperatura da ferramenta de corte será elevada. Altas
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temperaturas nas ferramentas de corte ativam e aceleram os mecanismos de desgaste e também reduzem o limite de escoamento dessas ferramentas.
Para que possamos controlar o desgaste da ferramenta de corte, proporcionado por altas temperaturas, aplica se de forma prática, uma velocidade de corte para cada “par” material da ferramenta-material da peça. Nesta região a temperatura poderá chegar até 1000
oC, obrigando as
ferramentas de corte estarem preparadas para tal.
A gravura seguinte mostra a variação da temperatura na interface cavaco-ferramenta em função da velocidade para os diversos materiais inclusive com durezas diferentes.
Temperaturas máximas da interface cavaco-ferramenta em função da velocidade de corte
Do ponto de vista do metalúrgico, considera se que pelo menos três fatores controlam a temperatura da ferramenta de corte, são eles:
a) Quanto maior o ponto de fusão do material da peça, maior a temperatura da interface cavaco-ferramenta. O ponto de fusão do material da peça irá depender do principal elemento químico contido no mesmo.
b) O mesmo ocorre com os elementos de liga que aumentam a resistência mecânica da peça. Pois a temperatura da interface cavaco-ferramenta irá aumentar na mesma proporção.
c) Em compostos que fazem a redução da resistência ao cisalhamento, tais como MnS e grafita, proporcionam a redução da temperatura.
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CALOR GERADO NA INTERFACE ENTRE A PEÇA E A SUPERFÍCIE DE FOLGA DA FERRAMENTA DE CORTE.
Em situações em que o processo de usinagem ocorre com ângulos de folga
pequenos, < 2º por exemplo, ou em casos onde o desgaste de flanco venha atingir valores elevados, VBBmax = 0,30 mm, a interface peça-superfície de folga da ferramenta se torna uma importante fonte de geração de calor. Pequenos ângulos de folga e elevados desgastes de flanco torna esta zona como a terceira mais importante.
DISTRIBUIÇÃO DA TEMPERATURA NA FERRAMENTA DE CORTE. Já é do nosso conhecimento que aumentando a temperatura da ferramenta
de corte a sua dureza decresce, dependendo da temperatura e do tempo de aquecimento. Estudos mostram que, as ferramentas de aço carbono começam a perder dureza a partir de 250 0C, e esta propriedade é rapidamente reduzida após um aquecimento a 600 0C. As ferramentas de aço rápido não sofrem redução considerável na sua dureza até 600 0C. Entre 600 e 850 0C a dureza cai rapidamente.
Para o mesmo avanço, tempo de aquecimento e geometria da ferramenta de corte torna se possível analisar distribuição de temperatura em insertos de metal duro, através de isotérmicas apresentadas no corte transversal, como mostra a gravura seguinte.
Distribuição de temperatura na ferramenta de corte. Sendo; material usinado: aço de baixo carbono. Tempo: 30s. Avanço 0,25 mm.
Para o avanço o comportamento da temperatura de usinagem torna se semelhante ao da velocidade de corte, conforme gravura seguinte.
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(c)
(a) (b)
O aumento do avanço proporciona maior propagação da temperatura de
usinagem, conforme observa se nas isotermas da gravura anterior. Sendo que: a)- 0.125 mm/volta; b)- 0.250 mm/volta; c)- 0,500 mm/volta.
FLUIDOS DE CORTE
Em se tratando de sistemas de manufatura, qualquer tentativa de aumentar a produtividade e/ou reduzir custos deve ser considerada. Na usinagem, o uso de fluidos de corte é uma opção, e quando ele é escolhido e aplicado apropriadamente, traz benefícios. A escolha apropriada de um fluido de corte deve recair naquele que possui composição química e propriedades corretas, para atacar as adversidades de um processo de corte específico. Ele deve ser aplicado usando um método que permite que ele chegue o mais próximo possível da aresta de corte, dentro da interface cavaco-ferramenta, para que ele possa exercer suas funções apropriadamente. Nos últimos tempos, grandes avanços tecnológicos foram obtidos, tanto nos materiais, como nas máquinas ferramentas. Isto fez com que a demanda dos fluidos de corte crescesse consideravelmente. Alta demanda causa competitividade, que por sua vez, causa aumento da qualidade dos produtos. Outro fator que também influi no aumento da qualidade dos fluidos de corte dos dias de hoje, é a pressão exercida por Agências de Proteção Ambiental e Agências de Saúde, para que os produtos sejam comercializados com mais segurança e que causem menos mal ao meio ambiente. O sucesso dos fluídos de corte nos dias atuais é também devido a avanços conseguidos nos processos de fabricação dos fluidos, mas muito mais pelo desenvolvimento de novos aditivos. Com isto, os fluidos de cortes atuais apresentam melhores propriedades refrigerantes, melhores propriedades lubrificantes, apresentam menos perigo ao operador e duram consideravelmente mais, com menos problemas de armazenagem do que os fluidos de corte de gerações passadas.
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FUNÇÕES DOS FLUIDOS DE CORTE As principais funções dos fluidos de corte são:
Lubrificação a baixas velocidades de corte; Refrigeração a altas velocidades de corte.
Como funções secundárias podemos citar: Ajudar a retirar o cavaco da zona de corte; Proteger a máquina ferramenta e a peça de corrosão atmosférica.
Como LUBRIFICANTE Para baixas velocidades de corte, a refrigeração não tem grande
importância. Quanto à lubrificação, é importante na redução do atrito e ainda evitar a formação de APC. Para tal aplicação um fluido de corte utilizado deve ser à base de óleo. Em altas velocidades de corte, não existe condições para a penetração do fluido na interface cavaco-ferramenta, fato que deve ocorrer na lubrificação. Nestas condições a refrigeração se torna mais importante, e um fluido de corte à base de água, deve ser aplicado. Na ação lubrificante, o fluido tem função de reduzir a área de contato na interface cavaco-ferramenta. O fluido de corte será considerado eficiente se o mesmo tiver boa penetração entre cavaco e ferramenta, formando entre os mesmos um filme resistente ao cisalhamento. Esta eficiência da lubrificação dependerá de algumas propriedades dos fluidos, dentre elas: viscosidade, oleosidade e resistência do filme. Estas propriedades podem ser conseguidas com uma mistura adequada de aditivos.
Entretanto é maior a afirmação de que o fluido de corte jamais tem acesso à interface e se tiver, até onde ele pode chegar.
Como refrigerantes Na ação refrigerante, os fluidos de corte têm a função de diminuir a temperatura de corte, tanto pela redução da geração de calor por lubrificação, mas principalmente pela dissipação de calor por refrigeração. A dissipação do calor por refrigeração em fluidos de corte à base de água, é mais importante e eficiente que a redução da geração do calor por lubrificação.
Estudos experimentais mostram a uma pequena redução da temperatura na ferramenta, pela aplicação de fluido de corte quando os parâmetros velocidade de corte e profundidade de corte o aumentam.
Auxiliar na retirada do cavaco A facilidade com que o fluido de corte irá retirar os cavacos da região de
corte depende da vazão do fluido de corte, da operação de usinagem e do tipo de cavaco sendo formado. Em operações como furação e serramento, esta função é de suma importância, pois o fluido pode evitar a obstrução do cavaco na zona de corte e, conseqüentemente, maiores danos na ferramenta de corte.
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Proteger a máquina ferramenta e a peça Devido ao efeito lubrificante do fluido de corte torna se possível a utilização do mesmo como inibidor da corrosão atmosférica que pode ocorrer tanto nas peças quanto nas maquinas.
RAZÕES PARA SE USAR FLUIDOS DE CORTE O objetivo final de se usar fluido de corte é reduzir o custo total dos
produtos usinados observando a preservação do equipamento. Tais benefícios podem ser obtidos, pois os fluidos de corte proporcionam:
Aumento da vida da ferramenta pela lubrificação e refrigeração;
Redução das forças de corte devido à lubrificação, portanto redução de potência;
Melhora no acabamento superficial da peça;
Fácil remoção do cavaco da zona de corte;
Menos distorção dimensional da pela ação refrigerante.
Outras propriedades devem fazer parte da qualidade dos fluidos de corte e podem ser enumeradas, como segue: Anti-espumantes, anticorrosivas e antioxidantes; antidesgaste e antisolda (EP); boa umectação; capacidade de absorção de calor; transparência, inodor, não provocar irritações na pele; compatibilidade com o meio ambiente; baixa variação da viscosidade quando em trabalho (índice de viscosidade compatível com a sua aplicação)
Estas propriedades são conferidas aos fluidos de corte por meio de aditivos, que serão descritos a seguir:
Aditivos Para conferir aos fluidos de corte melhorias em propriedades específicas, alguns produtos químicos ou orgânicos , chamados de aditivos, são adicionados: Os principais são:
Antiespumantes Evitam a formação de espumas que poderiam impedir a boa visão da região de corte e comprometer o efeito de refrigeração do fluido. Estes aditivos reduzem a tensão interfacial do óleo de tal maneira que bolhas menores passam a se agrupar formando bolhas maiores e instáveis. No controle das espumas geralmente usam-se cêras especiais ou óleos de silicone.
Anticorrosivos Protegem peça, ferramenta e máquina-ferramenta da corrosão. São produtos à base de nitrito de sódio ou que com ele reagem, óleos sulfurados ou sulfonados. É recomendável usar o nitrito de sódio com precaução pois são suspeitos de serem cancerígenos. Deve-se usar baixos teores de nitrito de sódio.
Detergentes Reduzem a deposição de lôdo, lamas e borras. São compostos organometálicos contendo magnésio, bário, cálcio entre outros.
Emulgadores São responsáveis pela formação de emulsões de óleo na água e vice-versa. Reduzem a tensão superficial e formam uma película monomolecular semi-estável na interface óleo-água. Os tipos principais são os sabões de ácidos graxos, as gorduras sulfatadas, sulfonatos de petróleo e emulgadores não iônicos.
Biocidas Substâncias ou misturas químicas que inibem o desenvolvimento de microorganismos.
Aditivos Extrema Pressão (EP) Em operações mais severas onde uma lubricidade adicional é necessária pode-se utilizar aditivos extrema pressão. Eles conferem aos fluidos de corte uma lubricidade melhorada para suportarem as elevadas temperaturas e
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pressões do corte, reduzindo o contato metal-metal. São compostos que variam na estrutura e composição. São suficientemente reativos com a superfície usinada, formando compostos relativamente fracos na interface, geralmente sais (fosfato de ferro, cloreto de ferro, sulfeto de ferro, etc) que se fundem a altas temperaturas e são facilmente cisalháveis. Podem ser relacionados em ordem crescente de eficiência como: matérias graxas e derivados, fósforo e zinco, clorados, sulfurizados inativos, sulfurizados ativos, sulfurados e os sulfuclorados. Os mais empregados são aditivos sulfurizados, sulfurados e fosforosos.
CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE Existem diversas formas de se classificar os fluidos de corte, e não há uma padronização que estabeleça entre as empresas fabricantes uma única. A classificação mais difundida agrupa os fluidos da seguinte forma: I. Ar
I . Aquosos: a) - água;
b) - emulsões (óleos solúveis); c) - soluções químicas;
III. Óleos: a) - óleos minerais;
b) - óleos graxos; c) - óleos compostos;
d) - óleos de extrema pressão; e) - óleos de usos múltiplos.
O ar comprimido pode ser utilizado com objetivo de resfriar a região de corte, por meio de um jato, puro, ou misturado a outro fluido, na interface, contra a superfície interna do cavaco, com razoável desempenho. Já a água, por ser altamente corrosiva aos materiais ferrosos, praticamente não é utilizada como fluido de corte. Enfim, as suas aplicações são bastante restritas.
MÉTODOS DE APLICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE Existem basicamente 3 métodos de aplicação do fluido:
a) Jorro de fluido à baixa pressão (torneira à pressão normal). b) Pulverização. c) Sistema à alta pressão.
O primeiro método é o mais utilizado pelo seu custo e simplicidade. Já o segundo método tem oferecido vantagens sobre o primeiro, devido a maior facilidade de penetração com alta velocidade. O terceiro método envolve equipamentos sofisticados e de maior custo. Porém, tem apresentado bons resultados no seu emprego. Devido necessidade de reduzir o consumo de fluido de corte, tem sido aplicado uma técnica que envolve baixos volumes de fluidos. Nesta técnica o fluido é aplicado em volumes muito baixos chegando a 10 ml/h. Normalmente, eles são aplicados juntamente com um fluxo de ar (método da pulverização).
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SELEÇÃO DO FLUIDO DE CORTE A grande variedade de fluidos de corte disponível no mercado torna se difícil a correta seleção do mesmo, apesar da alta competitividade entre fabricantes. O custo é alto e a utilização de um fluido de corte tem que compensar economicamente, isto é, os benefícios devem superar o custo do produto. Existem várias operações em que o corte é realizado a seco (ar), onde economicamente não se justifica o emprego de fluido de corte. Torneamento e fresamento de ferro fundido cinzento são exemplos de operações a seco. Em contra partida, existem muitas operações, onde o emprego do fluido de corte é vital. Em termos de consumo industrial, os óleos emulsionáveis estão bem à frente dos demais. Porém, os novos produtos, principalmente os sintéticos, estão cada vez mais conquistando os consumidores. Pelo menos três informações relevantes devem ser consideradas, antes de se decidir por um determinado fluido de corte: MATERIAL DA PEÇA Metais Ferrosos Ferro Fundido: os ferros fundidos cinzentos produzem cavacos de descontínuos e são normalmente usinados a seco. Um óleo emulsionável pode ser útil para ajudar a remover o cavaco, principalmente na furação. Na usinagem de ferro fundido maleável, se for usado fluido de corte, este deve ser óleo puro ou algum tipo especial de emulsão. Deve-se tomar cuidados para que os cavacos não reagem quimicamente com emulsões de óleos solúveis. A usinagem de ferro fundido branco é difícil e geralmente requer aditivos EP nas emulsões. Aços: Este grupo concentra o maior volume de material usado industrialmente e existe uma variedade muito grande de composições disponíveis. Assim, todos os tipos de fluidos de corte podem ser usados, e a escolha depende da severidade da operação e da resistência do aço. Aço inoxidável austenítico e aços resistentes ao calor tendem a encruar de maneira idêntica às ligas de níquel, e a escolha do fluído também será similar.
Ligas Não-Ferrosas Alumínio e suas Ligas: Podem muitas vezes ser usinados à seco. Porém, as ligas de alumínio conformadas, com alto teor de cobre, requerem um fluido de corte com alta capacidade refrigerante. Quando cavacos longos são formados, a área de contato é grande e requer lubrificação adequada. As ligas de alumínio e silício também requerem boa lubrificação. Se a precisão dimensional for importante, deve-se usar um bom refrigerante, devido ao alto valor de coeficiente térmico de expansão. Uma escolha correta seria uma emulsão com mistura de óleo mineral e gordura e a maioria das emulsões solúveis. Alumínio não exige aditivos EP e o enxofre livre ataca o metal instantaneamente. Magnésio e suas Ligas: São normalmente usinados a seco. À altíssimas velocidades de corte, entretanto, um refrigerante pode ser utilizado. Emulsões são proibidas porque a água reage com o cavaco para liberar hidrogênio, que apresenta risco de ignição. Geralmente, se usa óleo mineral ou misturas de óleo mineral com gorduras, e como no caso do alumínio, o enxofre ataca o metal. Cobre e suas Ligas: Em usinagem este metal pode ser dividido em três grandes grupos: Ligas de fácil usinagem, que inclui a maioria dos latões e alguns bronzes ao fósforo fundidos. Eles possuem resistência à tração adequada e baixa ductilidade e geralmente adições de elementos de corte fácil (chumbo, selênio e telúrio). Isto significa que eles são
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usinados mais facilmente que as ligas de outros grupos. Uma emulsão de óleo mineral é suficiente para praticamente todas as situações. Ligas de usinabilidade moderada, são os latões sem chumbo, alguns bronzes ao fósforo e bronzes ao silício. Eles tem alta ductilidade que causa alto consumo de potência e dificulta a obtenção de bom acabamento superficial. Geralmente, emulsão de óleo mineral ou uma mistura leve de óleo mineral com gordura preenchem as exigências. Ligas de difícil usinagem, tais como as ligas de chumbo, as ligas níquel-prata e os bronzes ao fósforo. Eles tem baixa resistência e grande tendência ao arrancamento e, geralmente, produzem cavacos longos. Neste caso uma forte mistura de óleo mineral com gordura deve ser usado. Todos os metais amarelos serão manchados por qualquer óleo contendo enxofre livre. Ligas de Níquel, Titânio e Cobalto: São ligas resistentes ao calor e muitas vezes chamadas de superligas. São difíceis de usinar e tem altas tendências de encruarem, principalmente as ligas de níquel. A escolha do fluído de corte dependerá da operação de corte e da tenacidade da liga e a decisão pode cair em qualquer tipo de fluido de corte. Em condições severas, os aditivos são freqüentemente usados. Enxofre livre, entretanto, pode causar descoloração da peça.
MATERIAL DA FERRAMENTA A escolha de um material de ferramenta para uma certa aplicação indicará o potencial da taxa de remoção de material. Esta taxa de remoção de material, por sua vez, indicará as temperaturas de corte e as tensões na ferramenta que provavelmente serão encontradas. Como as ferramentas de aço carbono e aço ligam devem ser usadas a baixas temperaturas, é essencial que se use uma refrigeração adequada. Os aços-rápidos também requerem uma refrigeração eficiente, e na usinagem de materiais tenazes, aditivos anti-solda devem ser usados. Metais duros possuem durezas maiores que as ferramentas de aços e, portanto, suportam trabalhar à temperaturas mais elevadas. Como a taxa de remoção de material, quando se utiliza estas ferramentas, é alta, a aplicação de um refrigerante se torna necessário para aumento de vida. Os óleos emulsionáveis são usados com freqüência, mas a escolha correta deve variar de acordo com a severidade da operação. O uso das cerâmicas tem aumentado consideravelmente nos últimos tempos. Devido à alta fragilidade, deve-se tomar cuidados ao se aplicar um refrigerante, porque os choques térmicos podem causar trincas superficiais. As cerâmicas à base de nitreto de silício são menos susceptíveis a este tipo de problema, por serem mais tenazes que as cerâmicas à base de Al2O3. PROCESSO DE USINAGEM A severidade dos processos de usinagem variam desde os mais pesados cortes de brochamento até os mais leves de retífica. A seleção do fluido de corte, portanto, vai variar desde os mais ativos tipos de óleo de corte até os óleos emulsionáveis de baixa concentração. É comum encontrar literaturas que orientam a escolha, de acordo com a operação de corte. Além destes três fatores importantes, o custo do fluido de corte pode também influenciar na decisão. Os óleos solúveis têm um bom preço no mercado, e muitas vezes este é um fator chave para a decisão.
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INFORMAÇÕES IMPORTANTES SOBRE A UTILIZAÇÃO DO FLUIDO DE CORTE.
Onde o fluído apresenta vantagens
Na usinagem com ferramentas de geometria definida a aplicação do fluido de corte é essencial quando sem ele o corte torna-se impraticável, ou economicamente inviável. São exemplos clássicos:
Usinagem com ferramentas com baixa resistência ao cisalhamento (aço-rápido e ligas fundidas);
Operações onde o acabamento superficial e/ou as tolerâncias dimensionais são críticos;
Furação de materiais que produzem cavacos descontínuos (como o ferro fundido cinzento).
Corte contínuo de material metálico com ferramentas de metal duro com ou sem revestimento Onde o fluido de corte não interfere no processo
Na realidade o fluido de corte sempre vai interferir no processo de alguma forma. Seja poluindo o ambiente de trabalho ou impregnando a peça ou componentes da máquina ferramenta, podendo, em alguns casos, exigir a lavagem das peças usinadas. Entretanto, em termos de vida da ferramenta, existem algumas aplicações que o fluido não contribui ou contribui muito pouco para aumentar a eficiência do processo. Exemplos:
Usinagem de ferro fundido cinzento
Usinagem de alumínio e suas ligas (exceto ligas de al - si hipereutéticas)
Usinagem de magnésio e suas ligas Onde o fluido de corte prejudica o processo
Usinagem com ferramentas cerâmicas;
Corte interrompido - fresamento com ferramentas de metal duro onde o principal tipo de desgaste são:
Trincas de origem térmicas Sulcos de origem térmicas;
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LISTA DE EXERCÍCIOS Questão 1 Através do corte ortogonal represente as regiões responsáveis pela geração do calor na usinagem. Faça a descrição das mesmas. Questão 2
Dos parâmetros de usinagem mais conhecidos (f, ap, Vc, , , Ra e outros) quais são os maiores responsáveis pelo aumento da temperatura no processo. Questão 3 Relacione os inconvenientes que o aumento da temperatura pode proporcionar ao processo de usinagem. Questão 4 Analise a aplicação do fluido de corte para os casos abaixo e responda as questões. a) Na operação de fresamento O fluido de corte irá influenciar no aumento da
velocidade de corte? Justifique sua resposta. b) No torneamento. A força de corte será maior ou menor? Justifique sua
resposta. c) Na usinagem em geral, todos os processos. O acabamento superficial irá
sofrer alterações? Justifique. d) No torneamento. Permite a redução do tempo ativo e passivo de usinagem? Questão 5 “A refrigeração e a lubrificação são as duas principais funções dos fluidos de corte”. Com base na afirmativa acima, escolha qual a função (refrigeração e/ou lubrificação) que melhor atende as aplicações seguintes, caso elas permitem a sua aplicação dos fluidos de corte. a – Abertura de uma rosca, no torno, em material de aço inox com ferramenta de aço rápido b – Torneamento do aço ABNT 1020, utilizando ferramenta de metal duro. c – Fresamento do aço ABNT 1045, com ferramenta de cerâmica. d – Furação do FoFo cinzento no centro de usinagem utilizando broca de aço rápido Questão 6 Descreva as principais funções do fluido de corte, quando aplicado corretamente nos processos de usinagem.
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MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE Foi citado anteriormente que a usinagem torna-se possível, graças à
diferença entre a dureza da ferramenta de corte e a dureza do material a ser usinado. Geralmente quanto maior for esta distância, maior ainda será a velocidade de corte aplicada no processo.
Alguns processos ou operações de usinagem possuem particularidades que exigem outras propriedades das ferramentas de corte, como é o caso do fresamento. Como já foi visto, o corte intermitente irá exigir da ferramenta de corte boa tenacidade para suportar os impactos causados nos referidos processos.
As principais propriedades que uma ferramenta de corte deve ter são: A dureza e a tenacidade. Tais propriedades têm comportamentos totalmente opostos, normalmente alta dureza implica em baixa tenacidade e vice-versa. Torna se importante, por parte do gestor da fabricação, a administração das duas propriedades, tamanho a importância das mesmas.
Outras propriedades, da mesma forma, são desejadas em uma ferramenta
de corte, algumas com maior ou menor importância. Dentre as diversas propriedades, destacaremos quatro consideradas principais:
Alta dureza a quente. Em determinadas situações a temperatura de usinagem poderá atingir até 1000o C. Torna se necessário a aplicações de materiais, como ferramentas de corte, que suportem temperaturas consideradas elevadas.
Alta resistência ao desgaste. Está diretamente ligado a dureza do material. Devido ao atrito, o desgaste de abrasão interfere de forma significativa no final de vida da ferramenta.
Tenacidade para evitar falha por fratura. É a quantidade de energia que a ferramenta de corte absorve durante os impactos causado pelo processo.
Ser inerte quimicamente. Proporciona a redução do desgaste por difusão, pois este desgaste é intenso na usinagem em altas velocidades de corte. Além das propriedades anteriores podemos citar outras como:
Alta resistência mecânica (tração, compressão, cisalhamento).
Boa resistência térmica e.a elevadas temperaturas
São grandes as quantidades de fabricantes de ferramentas de corte espalhadas no mundo, isso é responsável por uma forte concorrência entre eles. Esse fato tem proporcionado ferramentas de alta qualidade a preços satisfatórios.
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O quadro abaixo, da esquerda, será apresentado o material às ferramentas de corte existente, juntamente com a sua evolução cronológica. Já no quadro da direita apresenta se os mesmos materiais com a provável velocidade de corte.:
Material da ferramenta
Surgimento
Aço Ferramenta
1868
Aço rápido 1900
Stelite 1910
Metal Duro 1926
Cerâmicas 1938
Nitreto Cúbico de
Boro
1950
Diamantes Década de 70
Na gravura abaixo pode ser observado a relação entre a dureza e a
tenacidade. Pode ser notado que à medida que a dureza cresce, perde-se em tenacidade, e vice-versa. A ordem na lista, também, obedece a ordem cronológica de aparecimento das ferramentas no mercado mundial.
DUREZA
TENACIDADE
Relação entre dureza e tenacidade para materiais de ferramentas de corte.
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Os diversos materiais aplicados a ferramentas de corte, apresentam uma grande queda na sua dureza submetidos à elevação da temperatura.
Grande parte da energia consumida no processo de usinagem é convertida em calor e dependendo velocidade de corte utilizada a temperatura na ferramenta de corte será ainda maior.
Verifica se essa ocorrência na grande maioria das aplicações na engenharia, pois a variação da temperatura é uma grandeza muito freqüente nos processos tecnológicos industriais.
Na figura a seguir será mostrado o comportamento da dureza dos materiais das ferramentas de corte em função da sua temperatura de trabalho. É possível observar a redução na dureza tanto do metal duro como em cerâmicas, mas ainda sim não chegam a comprometer a sua aplicação, ao contrário do que ocorre com o aço rápido.
Variação da dureza em função da temperatura.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE No momento da escolha da ferramenta de corte para atender uma
determinada aplicação, aparece um grande número de ferramentas disponíveis no mercado, dificultando a decisão de escolha. Torna se então necessário, por parte do gestor de usinagem, conhecer, além das propriedades dos materiais, a classificação dos mesmos.
No quadro seguinte será apresentada uma classificação dos materiais utilizados em cada ferramenta de corte.
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE
CORTE
Materiais Metálicos Materiais de ligação Materiais Cerâmicos
Aço-ferramenta
Aço-Rapido
Metal Duro
Cermets
Cerâmica de corte Materiais de altíssimas durezas
Cerâmica Oxida Cerâmica Não Oxida Diamante CBN
Al2O3
Al2O3 + ZrO2
Al2O3 + SiC
Si3N4 Diamante Mono
Diamante Poli
CBN + TiC
PCBN
PRINCIPAIS MATERIAIS DE FERRAMENTAS DE CORTE. Aços Carbono e Aços Liga Até por volta dos anos 1900 eram os únicos materiais disponíveis para a confecção de ferramentas. Eram basicamente compostos de 0,8% a 1,5 de C e mínima porcentagem de outros elementos de liga. Ainda hoje são bastante aplicados.
São ferramenta que permitem baixíssimas velocidades de corte, no máximo 20 m/min. Portanto impróprios para usinar aços de media resistência mecânica, pois a perda da dureza com aquecimento ocorre com muita facilmente. Para se ter uma idéia, isso poderá acontecer aos mesmos, quando são aquecidos a temperaturas superiores à de revenimento que varia entre 300o a 600o C. Como vantagens da sua aplicação podemos citar o baixo custo à facilidade de reafiação e ainda a simplicidade no tratamento térmico. Aplicações Ferramentas para carpintaria, Limas, machos e cossinetes, Ferramentas domésticas, Ferramentas de uso hospitalar e outros.
Para melhorar a sua qualidade adiciona-se à sua composição pequenas quantidades de Cr, V e W. Isso proporciona a melhora no tratamento térmico.
A Tabela a seguir mostra a classificação dos aços para ferramenta conforme a AISI (American Iron and Steel Institute).
TipoDesignação
AISIC Mn Si Cr V
110 W1 0,60/1,40 0,25 0,25 - -
120 W2 0,60/1,40 0,25 0,25 - 0,25
121 - 1,00 0,25 0,25 - 0,50
122 W2 ,90 0,25 0,25 - 0,10
130 W4 1,00 0,25 0,25 0,10 -
131 W4 1,00 0,25 0,25 0,25 -
132 W4 1,00 0,25 0,25 0,50 -
133 W4 1,00 0,70 0,25 0,25 -
140 - 1,00 0,25 0,25 0,35 0,20
Classe 140 (Ao carbono-cromo-vanádio)
Aços-carbono para ferramentas
Classe 110 (Ao carbono)
Classe 120 (Ao carbono-vanádio)
Classe 130 (Ao carbono-cromo)
Os aços carbono mais comuns para ferramentas de corte são os 110 e 120. Aços-rápidos
O aço rápido foi criado em 1900, por F.W. Taylor. Sua composição contem aproximadamente 0,67% C, 18,91% W, 5,47% Cr, 0,11% Mn, 0,29% V. O aparecimento do aço rápido tornou a prática da usinagem mais produtiva, uma vez
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que a velocidade de corte, antes utilizada era de aproximadamente 5m/min para ferramentas de aço carbono, passou para ate 35m/min.
Com decorrer do tempo foram adicionados outros elementos de liga ao aço rápido. Tanto que durante a Segunda Guerra Mundial a escassez de tungstênio (W) levou a sua substituição parcial ou total por Mo.Tornando os aços rápidos ao Mo mais baratos que os ao W e ainda mantendo as propriedades de dureza até temperaturas em torno de 600o C, Maior resistência à abrasão associada à resistência a quente permitem a utilização de velocidades de corte. A desvantagem é preço elevado e ainda o difícil tratamento térmico.
Ainda hoje, ao contrário de que muitos pensam, o aço rápido é bastante aplicado. Em certos casos a sua substituição torna se difícil, como é o caso de várias brocas, fresas, cossinetes, brochas, matrizes e ferramentas de barras para aplicações em torneamentos.
São variadas a quantidades de aços-rápidos disponíveis, sendo que cada um tem sua aplicação específica. Conforme a AISI eles são classificados em seis grandes grupos, como mostra a tabela a seguir.
AISI C Mn Si Cr V W Mo Co Outros
T1 0,70/0,75 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,10 1,00/1,20 18,00/18,25 0,70 (opc.) - -
T2 0,80/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,25 2,00/2,15 18,00/18,50 0,50/0,75 (opc.) - -
T2 0,95/0,98 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,25 2,00/2,15 18,00/18,50 0,50/0,75 (opc.) - -
T7 0,70/0,75 0,10/0,40 0,10/0,40 4,50/5,00 1,50/1,80 13,50/14,50 - - -
T9 1,22/1,28 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 3,75/4,25 18,00/18,50 0,71 (opc.) - -
T4 0,70/0,75 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,50 1,00/1,25 18,00/19,00 0,60/0,70 (opc.) 4,75/5,25 -
T5 0,77/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,50 1,85/2,00 18,50/19,00 0,65/1,00 (opc.) 7,60/9,00 -
T6 0,75/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,50 1,60/2,00 18,75/20,50 0,60/0,80 (opc.) 11,50/12,25 -
T8 0,75/0,80 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 2,00/2,25 13,75/14,00 0,75 5,00/5,25 -
T15 1,50/1,60 0,10/0,40 0,10/0,40 4,50/4,75 4,75/5,00 12,50/13,50 0,50 (opc.) 4,75/5,25 -
M1 0,78/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,00 1,00/1,25 1,50/1,65 8,00/9,00 - -
M7 0,97/1,03 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,00 1,90/2,10 1,50/1,75 8,50/8,75 - -
M10 0,85/0,90 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,25 1,90/2,10 - 8,00/8,50 - -
M30 0,80/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 1,10/1,40 1,50/1,80 8,25/8,50 4,75/5,25 -
M33 1,05/1,10 0,10/0,40 0,10/0,40 3,50/4,00 1,05/1,25 1,30/1,70 9,25/9,75 7,75/8,25 -
M34 0,87/0,93 0,10/0,40 0,10/0,40 3,50/4,00 1,85/2,25 1,30/1,60 8,45/8,95 8,00/8,50 -
M42 1,05/1,10 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 1,10/1,40 1,30/1,60 9,25/9,75 7,75/8,25 -
M43 1,15/1,25 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 1,60/2,00 2,50/2,75 7,75/8,20 8,00/8,50 -
M46 1,20/1,25 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 3,00/3,30 1,75/2,20 8,00/8,50 8,00/8,50 -
M2 0,80/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,25 1,70/2,10 6,00/6,50 4,75/5,25 - -
M3 1,00/1,10 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,25 2,40/2,55 6,00/6,25 5,70/6,25 - -
(tipo 1) M3 1,10/1,20 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,25 3,00/3,30 5,60/6,25 5,00/6,25 - -
(tipo 2) M4 1,25/1,30 0,10/0,40 0,10/0,40 4,25/4,50 3,75/4,25 5,50/6,00 4,50/4,75 - -
M6 0,75/0,80 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 1,25/1,55 3,75/4,25 4,75/5,25 11,50/12,50 -
M15 1,50/1,60 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,75 4,75/5,25 6,25/6,75 3,00/5,00 4,75/5,25 -
M35 0,80/0,85 0,10/0,40 0,10/0,40 3,90/4,40 1,75/2,15 6,15/6,65 4,75/5,25 4,75/5,25 -
M36 0,80/0,90 0,10/0,40 0,10/0,40 3,75/4,25 1,65/2,00 5,50/6,00 4,25/5,25 7,75/9,00 -
M41 1,05/1,10 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,75 1,65/2,00 6,25/6,75 3,00/5,00 4,75/5,25 -
M44 1,10/1,20 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,75 2,00/2,25 5,00/5,50 5,00/6,25 11,50/12,50 -
M45 1,20/1,25 0,10/0,40 0,10/0,40 4,00/4,75 1,60/2,00 6,75/8,10 4,75/5,25 5,25/5,75 -
Tipos Mo - W - Co
Tipos ao Mo - Co
Tipos ao Mo - W
Tipos ao W
Tipos ao W - Co
Tipos ao Mo
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Os aços rápidos são identificados por:
I - Identificados pela letra “T”, são aços ao tungstênio (W), II - Identificados pela letra “M”, são aços ao molibdênio (Mo).
Conforme observa-se na tabela anterior os principais elementos de ligas que formam o aço rápido são: Carbono Tungstênio. Molibdênio Vanádio Cromo Cobalto
Influência dos elementos de ligas nas características fundamentais dos aços-rápidos e mostrados na tabela abaixo.
Características Elementos de liga
Dureza a quente ............................. W, Mo, Co (com W ou Mo), V, Cr, Mn
Resistência ao desgaste ................ V, W, Mo, Cr, Mn
Profundidade de endurecimento .... V, Mo, Cr, Mn, Si, Ni
Empenamento mínimo ................... Mo (com Cr), Cr, Mn
Aumento da tenacidade pelo refino do grão V, W, Mo, Mn, Cr Os aços rápidos quando temperados e em seguida revenidos, apresentam
uma elevação dureza na faixa de 480°C a 565°C, dependendo da composição do aço. Na figura seguinte torna se possível observar este fato. Nota-se no o comportamento da curva, que a dureza final, depende, da temperatura de revenimento, e da temperatura de têmpera.
Dentre os diversos elementos de liga utilizados no aço rápidos considera-se
o cobalto de maior importância, pois o cobalto aumenta a dureza a quente e a resistência ao desgaste, mas diminui a tenacidade. Seu teor de varia de 5 a 12%.
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Ligas Fundidas As ligas fundidas são obtidas pelo processo de fundição onde são e
vasadas em moldes e em seguida deve passar por processos de tratamentos termoquímicos, para logo a seguir, ser retificados até a medida desejada.
São ferramentas conhecidas por: Stellite, Tantung, Rexalloy, Chromalloy, Steltan (Brasil).
Geralmente tem a seguinte composição: W 17%, Cr 33%, Co 44%, Fe 3% CARACTERÍSTICAS:
Tem elevada resistência a quente. Permite temperaturas em torno de 800o C.
Tratamento térmico de alta complexidade. Qualidades intermediárias entre o aço rápido e o metal duro. Custo elevado.
Metal duro
O aparecimento do metal duro mais uma vez revolucionou a prática da
usinagem. As ferramentas de corte confeccionadas com o metal duro proporcionam o aumento da produtividade de forma surpreendente, pois a velocidade de corte saltou do 30m/min, quando utilizado aço rápido, para os 300m/min, quando aplicado o metal duro. O seu surgimento se deu por volta de 1920, quando pela primeira vez foi obtido em laboratório o carboneto de tungstênio em pó.
Verificou se então que a mistura deste produto com o cobalto, também em pó, originou um material com excelentes propriedades de dureza e resistência ao desgaste. Esse material recebeu o nome de widia, (“como o diamante” em alemão).
A ferramenta de metal duro (WC + Co) mostrou se eficiente na usinagem de materiais frágeis. O mesmo não ocorre para a usinagem de materiais dúcteis. Com a adição do TiC, TaC aos WC + Co verificou então maior eficiência na usinagem de metais dúcteis.
ESTRUTURA DO METAL DURO
O metal duro é um composto de carbonetos de tungstênio numa matriz de cobalto. Alterando essa estrutura irá aparecer outros carbonetos como o carboneto de titânio carboneto de tântalo e carboneto de nióbio. Tais componentes tem particularidades que veremos mais à frente.
A presença de carbonetos de titânio, na matriz, por exemplo, assegura uma maior resistência ao desgaste. Já a maior quantidade de cobalto, por outro lado, garante maior tenacidade. Na gravura, a seguir, mostra a estrutura do metal duro conforme foi citado.
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CLASSIFICAÇÃO DO METAL DURO
A classificação do metal duro, recentemente alterada, é adotada pela norma ISO. Ela estabelece cinco classes de materiais, sendo que cada classe tem a sua aplicação distinta, como será mostrado na tabela abaixo:
Classe composição Materiais a ser usinado K WC + Co FoFo cinzento, maleáveis, nodulares e
outros materiais frágeis (cavacos curtos).
P WC + Co + (TiC, TaC) Aços ao carbono(cavacos longos)
M WC + Co + (TiC, TaC) em
quantidades menores que em P Aços inoxidáveis martensíticos, ferríticos e austeníticos.
N WC + Co + (TiC, TaC) Materiais não metálicos dúcteis (Al, Cu e outros).
S WC + Co + (TiC, TaC) Materiais resistentes ao calor (ligas de Níquel, Titânio e outros).
H WC + Co + (TiC, TaC) Materiais endurecidos (ligas de cromo e outros materiais temperados).
METAIS DUROS COM REVESTIMENTO
Conforme parágrafos anteriores o revestimento nos metais duros foram desenvolvidos com o objetivo de elevar a resistência a certos tipos de desgastes e melhorar a estabilidade química. Aplica-se uma ou mais camadas fina, de um material composto por:
Carbonetos (TiC, HfC, ZrC, etc.) Nitretos (TiN, HfN, ZrN, etc.), Carbonitretos (TiCN) Óxidos (p. ex. Al2O3).
Os revestimentos aumentam varias vezes a vida de ferramenta Alem da identificação da classe, para a especificação da ferramenta de
corte, será necessário definir a tenacidade e a resistência ao desgaste da mesma. Conforme recomendação da ISO. Através de uma subclassificação feita por
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números que se estende de 01 até 50, a propriedades citadas acima são padronizadas.
Dois fatores determinam a sub-classificação utilizada acima. São elas: Composição química Tamanho de grãos dos carbonetos A gravura seguinte mostra a variação dos números em função da
tenacidade /dureza.
CLASSE
SUB-CLASSE
DUREZA. TENACIDADE
P
01 10 20 25 30 40 50
M
10 20 30 40
K
01 05 10 20 30 40
N
01 10 05 10 20 30 40
S
10 20 30 40
H
10 20 30 40
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Na seleção de uma ferramenta de corte, o gestor responsável pela fabricação, deverá fazer várias considerações sobre o processo. O conhecimento não só dos processos, mas das operações deve ser levado em conta.
Como exemplo, pode ser citado, o caso da usinagem por um processo intermitente na formação do cavaco (como é o caso do fresamento do aço). Caso venha aparecer lascamentos devido aos choques mecânicos, próprio do processo, aconselha-se a substituição por uma ferramenta mais tenaz. Torna se importante saber que ao substituir a ferramenta de corte, no sistema será introduzida outra com menor resistência ao desgaste.
Na gravura a seguir será mostrado a aplicação das ferramentas de metal duro, conforme a sua classe ou sub classe, em função dos vários materiais de construção mecânica. A referida gravura foi produzida por um fabricante de ferramentas de corte (SANDVIK, Corokey, 1998).
As gravuras a seguir complementam as informações da tabela anterior, em
face das recentes mudanças ocorridas no sistema ISO de classificação das mesmas(sandvik 2006).
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80
OBTENÇÃO DO METAL DURO
Na gravura seguinte será mostrado um diagrama que apresenta a obtenção
do metal duro.
CLASSIFICAÇÃO DAS PASTINHAS (INSERTOS) DE METAL DURO. (NORMA ISO)
Os insertos de metal duro são designados por 4 letras, seguidos de 3
números, 2 letras e outro caractere, conforme na figura seguinte
81
82
Cerâmicas.
A cerâmica foi utilizado como ferramenta de corte a partir de 1950, mas só a partir de 1980 que a mesma recebeu destaque tanto comercial como técnico
Algumas propriedades tornaram a cerâmica importantes ferramentas de corte. São elas:
Elevada dureza a quente. Suporta altas temperaturas (considerado materiais refratários); Alta Resistência ao desgaste; Excelente estabilidade química.
Outras propriedades tem tornado a sua utilização limitada. Dentre elas podemos citar:
São Frágeis; Baixa condutividade térmica; Reduzida tenacidade
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São ferramenta de corte consideradas importantes nos últimos anos, pois tem proporcionado a usinagem em altíssimas velocidades de corte de aço para alguns materiais.
A possibilidade de usar pequenos avanços (aprox. 0,1 mm/volta) e altas velocidades de corte, da ordem de até 1500 m/min, permite elevada integridade superficial da superfície gerada, podendo atingir as classes de acabamento N6, N5 até N4. CLASSIFICAÇÃO DAS CERAMICAS PARA A USINAGEM.
Conforme o diagrama abaixo as cerâmicas utilizadas para ferramentas de corte são as oxidas e não oxida:
Cerâmicas oxidas
As cerâmicas oxidas também são conhecidas por cerâmica branca, são largamente aplicadas no torneamento do ferro fundido cinzento. As ferramentas de corte são obtidas pela prensagem a frio do Al2O3 (coríndon com
99,98% de pureza) cujas finíssimas partículas giram em torno de 1 a 10 m. Outros elementos alem da alumina podem aparecer. São eles:
- Al2O3 + ZrO2 Com o objetivo de melhorar a tenacidade da cerâmica adiciona-se o ZrO2. - Al2O3 + SiC
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São cerâmicas reforçadas por whiskers que são monocristais de altíssima resistência mecânica. Através desse composto a cerâmica terá a sua tenacidade melhorada em até 70% em relação às outras cerâmicas alem do aumento da resistência ao choque. - Al2O3 + TiC ou TiN São conhecidas como cerâmicas mistas, pois aparecem com uma composição de até 40% de carbonetos ou nitretos metálicos (TiC ou TiN). São grãos finos que melhoram as propriedades da cerâmica. Tais cerâmicas, devido à melhora das propriedades, podem ser aplicadas ao processo de fresamento e no torneamento de alguns aços cementados e temperados. Cerâmicas não oxidas
São cerâmicas a base de Si3N4. Elas apareceram por volta 1980.São cristais de Si3N4 com SiO2 (cristais de vidro).
Com estas ferramentas de corte, torna se possível a usinagem de materiais considerados de difícil usinabilidade como alguns ferros fundidos e as ligas de níquel. Já o mesmo não acontece com os aços, pois a grande afinidade química com o ferro, em elevadas temperaturas, tornam as mesmas mais susceptíveis ao desgaste.
A gravura a seguir apresenta a aplicação da cerâmica nos diversos tipos de materiais de construção mecânica.
CERÂMICAS ÓXIDAS
TORNEAMENTO
Sem fluido de corte Com
FRESAMENTO
FERROS
FUNDIDOS
DU
RE
ZA
CR
ES
CE
NT
E
DE
MA
ND
A D
E T
EN
AC
IDA
DE
DE
CR
ES
CE
NT
E
CERÂMICAS MISTASAÇOS
SUPERLIGAS
CORTE DE DESBASTE
LIGAS FUNDIDAS DURAS
AÇOS ENDURECIDOS
CBNÓXIDA
S
SIALONSÓXIDAS
CERÂMICAS ÓXIDAS: Al2O3+0,8%ZrO2
CERÂMICAS MISTAS: Al2O3+20-30%TiC, Al2O3+TiC+TiN+ZrO2, etc.
SIALONS: 80-90%Si3N4+Al2O3+Y2O3
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Materiais ultraduros para ferramentas de corte. Os materiais que fazem parte desta família são de elevada dureza (
podendo atingir 3000 HV). Com a sua utilização torna se possível utilizar altíssimas velocidades de corte. Como ferramentas de corte os ultraduros são:
Diamante Nitreto cúbico de boro (CBN);
O diamante sempre foi usado como ferramenta de corte, pois trata-se do
material, monocristalino, de maior dureza e resistência ao desgaste conhecido. As ferramentas de diamante são usadas principalmente quando for necessário elevada qualidade superficial dos usinados(classe N2 por exemplo, dependendo do estado de conservação da maquina operatriz).
Devido ao elevado preço do diamante natural e a sua eficiência na usinagem, por volta de 1975 apareceu, pela primeira vez, ferramentas de corte com uma camada de diamante sintético policristalino (PCD).
A referida camada tem aproximadamente 0,5mm de espessura e quase sempre é brasada numa pastilha de metal duro. A esse conjunto da-se o nome de plaqueta.
Dentre as vantagens do PCD podem ser destacadas. Altíssima dureza (cerca de até 4 vezes maior que o metal duro e até duas vezes a alumina).
Altíssima resistência ao desgaste por abrasão.
Como limitações do processo podem ser citados: Não deve ser utilizado na usinagem de metais ferrosos como
aços ou ferro fundidos. Máquinas Ferramentas e outros equipamentos (suportes) devem
estar em bom estado de conservação. Isto se deve ao fato da fragilidade do material da ferramenta.
Não deve ser aplicado o fluido de corte Devem ser respeitado as condições de bom acabamento(alta Vc,
baixo f e baixo ap) Não deve ser utilizado no fresamento ou no corte interrompido em
geral.
O Nitreto cúbico de boro (CBN) é um produto obtido pela sintetização resultante da reação química abaixo:
BCI4 + NH3 ⇆ BN + 3HCI
O composto BN tem uma estrutura cúbica hexagonal semelhante a diamante. Também aparecem na forma de plaquetas e são produzidos de forma análogas ao PCD. O CBN produz ferramentas mais estáveis quimicamente que o PCD, permitindo então a usinagem do FoFo e do aço. Tem tenacidade similar ao da cerâmica e elevada dureza, menor apenas ao do diamante. A aplicação do CBN deve ser realizada em situações onde o diamante não pode ser utilizado, seja por limitações técnicas ou custo e ainda por insuficiência
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de dureza do metal duro. O CBN tem substituído o processo de retificação no torneamento. O custo do inserto de CBN é maior que as ferramentas de cerâmica. O investimento em CBN é justificado pela maior vida da ferramenta, quando utilizado corretamente.
A ferramentas de corte de CBN são classificadas em: CBN convencional PCBN
A seguir será mostrado uma tabela contendo dados sobre a dureza de
diversas ferramentas de corte
Dureza de diversos materiais empregados na fabricação de
ferramentas
0 2000 4000 6000 8000
Diamante
Nitreto de boro cúbico
Carboneto de boro
Carboneto de silício
Corindon
Carboneto de W
Carboneto de vanádio
Carboneto de Titânio
Dureza Knoop
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LISTA DE EXERCÍCIOS Questão 1
Dentre as diversas propriedades dos materiais para a construção de ferramentas de corte, citar pelo menos cinco delas. Quais são as duas consideradas mais importantes? Justifique. Questão 2 Complete no gráfico abaixo, com número no quatro, aquele que melhor representa o material da ferramenta de corte. Obs.: - O gráfico representa a relação tenacidade x dureza - O número o material da ferramenta de corte encontra-se na tabela ao lado.
Tipo do Material Número (No)
MD 1
HSS 2
Aço Carbono 3
Cermet 4
PCBN 5
Ceramica 6
Questão 3 Descreva as principais aplicações dos Aços carbono e Aços ligas como ferramentas de corte. Classifique-os conforme a norma AISI. Questão 4 Quais são os principais elementos químicos formadores do MD? Qual a função do cobalto na liga? Questão 5 Utilizando um diagrama de bloco descreva as etapas de obtenção do MD. Questão 6 Como o revestimento pode aumentar a vida das ferramentas de corte? Quais são os tipos de revestimentos mais comuns. Questão 7
No
No
N
o
N
o
No
Dureza
Tenacidade
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Utilizando a classificação da norma ISO para o metal duro, relacione a classe da ferramenta de corte para usinar os metais abaixo.
Item Materiais à ser usinado Classe da ferramenta de corte
1 Liga de Níquel
2 FoFo cinzento
3 Aço ABNT 1112 (aço de corte livre)
4 Aço Inoxidável austenítico
5 Aço ABNT 1045
6 Liga de cromo
Questão 8 Descreva as características da ferramenta de corte especificada pelos códigos abaixo. 1 – W B M R 8 04 04 T L, 2 – L C M J 02 02 04 P N, 3 – T N M G 12 04 04 E R, 4 – D C M T 07 02 04 S N , Questão 9 Relacione as principais vantagens/desvantagens das ferramentas de corte obtida a partir da cerâmica. Faça a sua classificação em função dos componentes. Questão 10 Quais são os fatores que justificam a não aplicação do fluido de corte na usinagem com ferramentas de cerâmicas? Questão 11 Quais são as principais ferramentas de corte produzidas pelos materiais ultraduros? Qual a sua principal vantagem? Questão 12
O que significa CBN, PCD e PCBN? Cite algumas características e limitações destes materiais?
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FRESAMENTO A operação de fresamento é identificada por alguns fatores que serão
descritos a seguir:
A ferramenta de corte, chamada de fresa, é multicortante. Tem as arestas cortantes distribuídos de forma simétrica em torno do eixo.
O movimento de corte é proporcionado pela rotação da ferramenta de corte.
O movimento de avanço é gerado pelo deslocamento da peça, que geralmente deve ser instalado sobre a mesa da maquina, conforme mostra a figura seguinte. Na mesma figura ainda pode ser identificado alguns dos principais parâmetros de usinagem.
Os parâmetros ae e ap sempre estão presentes no processo de
fresamento, sendo que: ae é conhecido por penetração de trabalho e ap profundidade de corte.
Vf
f
Vc
A Vc será dado por:
Vc = n Sendo o diametro da fresa e n a sua rotação
n
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Outros fatores tornam o processo de fresamento bastante utilizado, são eles: - Alto índice de remoção do cavaco com pequenas dimensões. Devido à rotação da ferramenta cada aresta de corte remove uma certa quantia de material. - O bom acabamento superficial. Devido à condição multicortante da ferramenta é possível controlar o avanço. - Geração de superfície com alta complexidade, proporcionando os mais diversos tipos de perfis e peças, conforme os exemplos mostrados abaixo.
TIPOS DE FRESAMENTO
O processo fresamento pode ser classificado em fresamento tangencial ou fresamento frontal dependendo da posição do eixo-árvore da máquina, chamada de fresadora. Fresamento tangencial Fresamento frontal
Considerações sobre o fresamento tangencial
O fresamento tangencial pode ser: - Discordante - Concordante
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No fresamento discordante, dois fatores devem ser considerados:
1) a espessura de corte hc aumenta progressivamente de zero até o valor máximo, conforme pode ser observado na gravura seguinte. Inicialmente quando a aresta de corte da ferramenta toca a peça, ela é forçada a penetrar no material, gerando calor excessivo pelo atrito. Ao invés da formação do cavaco, surgirá nesta região da peça, a deformação plástica do material. O encruamento causado por essa deformação plástica irá promover o desgaste prematuro da ferramenta de corte, nas próximas passadas.
Quando a pressão da aresta cortante da ferramenta atingir a tensão de ruptura do material da peça, a ferramenta penetra e o movimento de usinagem promove a formação do cavaco, em forma de virgula.
2) No inicio, quando a ferramenta de corte tende a penetrar no material, as componentes das forças tende a manter o regime de usinagem normal, ou seja comportamento estável entre ferramenta/peça. No final da operação quando a aresta cortante sai da peça, a força (componente vertical) de corte tende a arrancar a peça da mesa, promovendo um comportamento instável entre ferramenta/peça e conseqüentemente vibrações que prejudicam o acabamento superficial. Esta situação implica na melhoria do sistema de fixação da peça na mesa da máquina.
DISCORDANTE
CONCORDANTE
92
Da mesma forma, no fresamento concordante, dois inconvenientes devem ser
observados: 1) Na usinagem de materiais com superfície endurecida pelo forjamento, crosta gerada pela fundição e outros, pode ser observado um excessivo desgaste da ferramenta de corte. Pois na formação do cavaco, no inicio do corte, sua é espessura máxima, enquanto que na saída da ferramenta essa espessura atinge o valor zero, conforme nota-se através da gravura anterior. 2) O outro inconveniente está relacionado com a componente horizontal da força de corte, que tem a mesma direção do movimento da mesa. O sistema de avanço da mesa, que é acionado pelo conjunto fuso/porca, proporciona uma força de deslocamento com sentido contrário ao da componente horizontal da força. Essa componente horizontal da força de corte tem módulo variável, devido a variação da espessura do cavaco. Este acontecimento é capaz de gerar vibrações durante a usinagem.
Este inconveniente pode ser corrigido com a redução da folga de contato entre fuso e porca ou ainda utilizando fuso de esferas recircularizantes, que não possui folga.
Considerações sobre o fresamento frontal O fresamento frontal pode ser:
- Simétrico - Assimétrico
Tanto o fresamento simétrico como o assimétrico pode ser realizado com fresas de topo ou fresas de faceamento.
A gravura a seguir apresenta o fresamento frontal de faceamento.
A espessura de cavaco, no fresamento frontal de faceamento, tem tanto no
início como no final do corte valor igual a zero. No centro da fresa, a espessura tem valor máximo.
Observa-se que para esse tipo de operação aparece tanto o fresamento concordante como o discordante, isso é ao mesmo tempo.
93
Quanto à geometria de entrada da ferramenta de corte no fresamento frontal de faceamento pode-se destacar:
- Caráter negativo
- Caráter positivo
Esta informação refere-se ao ponto de contato da ferramenta de corte ao material da peça. Ainda pode ser observado que: a geometria de entrada do fresamento terá caráter negativo quando a linha de centro da fresa estiver dentro da peça, caso contrário caráter positivo.
Para a usinagem com ângulo de entrada positivo (caráter positivo), o corte inicia-se pela ponta mais extrema da ferramenta de corte tornando a mesma mais suscetível a fratura e ao lascamento.
Para o ângulo de entrada negativo (caráter negativo), o contato inicial da ferramenta com a peça acontece pela parte interior da pastilha, onde a resistência ao impacto é maior, tornando o contato inicial mais favorável,
aumentando a vida da ferramenta. A figura anterior mostra as duas geometrias.
Cuidado especial também deve ser tomado com a geometria de saída da ferramenta de corte no fresamento frontal de faceamento.
Na saída da ferramenta haverá uma súbita redução das forças de corte. Desta forma, torna-se importante que a espessura de corte, neste momento, venha ser a menor possível.
a) b) c) A menor espessura de corte irá ocorrer quando a geometria de saída da
ferramenta for positiva ou negativa ou seja diferente de zero, como é o caso da figura b), mostrada acima.
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A não observância dos fatores citados acima, poderá comprometer a integridade superficial da peça, promovendo na borda da mesma a formação de rebarbas ou o surgimento do breakout (desbarrocamento). Na figura a seguir mostra a formação da rebarba e o breakout.
Rebarba
Breakout
Nas duas figuras a seguir será mostrado uma fresadora universal e outra ferramenteira. São estes os modelos mais utilizados.
Observa-se que é possível fazer a identificar a capacidade de uma fresadora pela dimensão dos deslocamentos da mesa, mostrados na fresadora universal como sendo as letras A, B e C.
Peça
Cavaco Linha de corte
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LISTA DE EXERCÍCIOS SOBRE FRESAMENTO
1) Cite os fatores que tornam o processo de fresamento interessante para fabricação industrial.
2) Diferencie o fresamento tangencial do fresamento frontal. É possível utilizar a mesma fresa para os dois casos?
3) Faça um paralelo entre o fresamento discordante e o fresamento concordante.
4) Determine o tempo ativo para rebaixar o bloco de aço ABNT 1020 conforme o desenho e os dados abaixo.
Dados do Material Dados da Ferramenta Dados da máquina
Aço ABNT 1020 Dimensão: 200x380x65
Fresa de topo 2 ½” x 2’ Material: HSS
Avanço: 0,15mm/z Profundidade: 1 ½”
5) Quais recomendações sobre a geometria de saída/entrada da fresa da/na
peça?
6) Determinar a rotação para o fresamento tangencial, conforme gravura, do
aço 1045 utilizando uma fresa de aço rápido com dimensões de 3” x ½”
200
380
32
105
96
FURAÇÃO
Processo de usinagem no qual o movimento de corte é produzido pela ferramenta de corte, o mesmo ocorrendo com o movimento de avanço. É um processo de usinagem mais antigo utilizado pela humanidade.
Grande parte das peças, fabricada por qualquer processo, geralmente tem em seu perfil pelo menos um furo.
A ferramenta de corte utilizada, chamada de broca e considerada multicortante por possuir duas arestas, é geralmente helicoidal de aço rápido. No caso de ferramentas de metal duro, por exemplo, observa-se uma aplicação ainda reduzida devido à própria limitação das máquinas, uma vez que para pequenos diâmetros, como é muito comum, ela devem disponibilizar rotações maiores. Fato que não ocorre com as furadeiras convencionais.
Altas rotações são possíveis de serem encontradas em tornos e fresadoras CNC que são máquinas muito utilizadas no processo de furação, principalmente quando utilizadas brocas de metal duro ou ainda de aço rápido revertido.
Tipos de operações do processo. Como já foi visto anteriormente podem ser:
Furação em cheio Furação com pré-furo Furação escalonada
Furação de centro.
Furação em cheio
Furação com pré-furo
Furação escalonada
Furação de centro
Formas construtivas das brocas e geometria de cunha para uma broca helicoidal
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Algumas partes das brocas devem ser consideradas no momento do estudo sobre o processo de furação. Na gravura a seguir será mostrada a haste, o diâmetro, guia e comprimento da mesma.
Quanto geometria de cunha para uma broca helicoidal não deve aparecer novidades em relação as ferramentas de corte em outros processos. Na gravura a seguir apresenta-se seus ângulos.
Aresta de corte transversal
Aresta de corte principal
Superfície de folga secundária
Aresta de corte secundária
Superfície de folga principal
Superfície de saída do cavaco
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Principais grupos de brocas e suas aplicações As brocas helicoidais são classificadas em função do tipo da hélice. Cada
tipo de hélice, aquelas padronizadas, recebem uma classificação dependendo do seu ângulo. Também é utilizado o ângulo da ponta na classificação.
Existem basicamente três tipos de Brocas. São elas:
Tipo N – Broca que atende a aplicação geral, ex. aços em geral, com a composição de carbono variada. Tem ângulo de hélice com 28o e ângulo de ponta de 118o.
Tipo H – Utilizada em materiais com cavacos curtos, ex.: FoFo, Bronze e outros. O ângulo da hélice é de 15o e o ângulo da ponta vale 60o ou 90o.
Tipo W – Destinada a usinagem de materiais com cavacos longos e de baixa resistência mecânica. O ângulo de hélice é de 40o enquanto que o ângulo da ponta vale 140o. As gravuras a seguir mostram um resumo do quadro mostrado acima.
Tipo Representação Valores dos ângulos
N
(Ângulo da ponta) = 118o
(Ângulo de hélice) = 28o
H
(Ângulo da ponta) = 60o ou 90o
(Ângulo de hélice) = 15o
W
(Ângulo da ponta) = 140o
(Ângulo de hélice) = 40o
Variáveis do processo Ao contrário de outros processos de usinagem, na furação o ângulo de
saída da ferramenta de corte tem caráter variável, tornando da mesma forma, também variável o ângulo de cunha. Essa variação estende se desde a ponta da ferramenta ate o centro da mesma.
Quanto ao ângulo de saída da ferramenta, esse pode assumir valores bastante variados, elevados na ponta da broca. Já no centro da ferramenta esse valor pode atingir até – 60o.
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A rotação a ser instalada na máquina é determinada pela seguinte relação
Vc = n
Para o valor de deve ser
considerado o diâmetro da broca
e n a rotação da máquina (valor
sempre diferente daquele calculado).
Conforme o perfil da broca, pode ser observada uma variação no seu
diâmetro durante o corte, essa variação estende se desde a ponta da broca até a aresta de corte transversal. Fato que pode ser observado na geometria do corte.
Considerando que no centro da broca, na região da aresta de corte
transversal, não ocorre o corte, fato que às vezes não é verdade. A variação do diâmetro de corte é dado pela desigualdade abaixo:
min < < máx A variação observada no diâmetro da ferramenta, da mesma forma,
proporcionará alterações na velocidade de corte. Sendo que:
O máx Vcmáx e min Vcmin, então a velocidade de corte, na aresta de corte principal irá variar da seguinte forma:
Ponta da broca
max
min
100
Vcmin < Vc < Vcmax
Portanto cada ponto da aresta de corte principal corresponderá a uma
velocidade de corte diferente, conforme o seu diâmetro de corte. Outros fatores, considerados importantes, devem ser levados em
considerações. Dentre eles podemos citar: As duas arestas de corte ficam totalmente envolvidas pelo
material a ser cortado tornando mais difícil à movimentação do cavaco pelos canais de saída.
O acesso do fluido de corte na região do corte é muito difícil se comparado com outros processos.
Dificuldade no transporte do cavaco, quando da sua saída da região do corte.
Elevada carga térmica sobre a aresta principal de corte.
QUALIDADE DA SUPERFÍCIE GERADA.
A tolerância dimensional e geométrica e a integridade superficial são
parâmetros considerados desvantajosos na furação. Em casos onde a relação L/D(comprimento do furo em relação ao diâmetro) for considerada grande em torno de torna-se muito difícil à obtenção de furos razoável precisão na sua geometria. Os principais defeitos que ocorre na furação podem ser:
Erros geométricos.
Erros dimensionais.
Erros de Forma
Erros de circularidade.
Para um melhorar a qualidade do produto usinado por furação (redução de
erros). Torna se interessante tomar alguns procedimentos como execução do furo de centro no qual irá reduzir a excentricidade do furo principal.
Devido à baixa potência das furadeiras alem pouca rigidez, para furos de diâmetros maiores, é necessária uma operação com pré-furo, o que faz com que a qualidade do furo seja melhor. Na gravura a seguir aparece alguns defeitos, que muitas vezes, torna se difícil de ser eliminado sem a aplicação de outros processos/operações de usinagem, após a furação.
101
Em operações com maior grau de exigência na furação, depois do furo com
a broca helicoidal torna se necessário aplicar uma operação capaz de promover o acabamento na superfície gerada.
Para tal pode ser utilizado os seguintes processos/operações: - Alargamento - Torneamento Interno - Mandrilhamento - Retificação
O processo de alargamento é utilizado no acabamento (qualidade geométrica e dimensional) de furo passante com pequenos diâmetros, no máximo 20mm (devido ao elevado custo da ferramenta). A ferramenta de corte utilizada recebe o nome de Alargador e podem ser de diâmetro fixo ou regulável.
No torneamento interno o acabamento atende aos diversos tipos de defeitos e são aplicados para furos com diâmetros, geralmente acima de 20mm (limitado pela dimensão do suporte das ferramentas).
Através do mandrilhamento torna se possível o acabamento de furos em peças que não seja de revolução (contrário do torneamento). Tem as mesmas limitações do torneamento.
Para materiais temperados a retificação é o processo mais indicado, devendo ser aplicado em diâmetros, principalmente acima de 35mm. É utilizado em situações onde a integridade superficial da peça é a melhor possível.
Força e Potência de corte no processo de Furação
A energia fornecida ao sistema durante a furação deve ser capaz de
atender os três pontos a seguir: Resistência ao cisalhamento do material, devido a aresta principal de corte,
neste caso deve ser levado em consideração as duas cunha cortantes.
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Resistência ao cisalhamento e ao esmagamento do material, devido a aresta transversal de corte.
Resistência causada pelo atrito entre a aresta secundária de corte e a parede do furo e ainda entre o cavaco e a superfície de saída da broca.
Conforme já foi visto anteriormente a força de corte, em geral, vale:
. . pFc Ks f a
Para a furação em cheio temos que: ap = D/2 para cada aresta. Portanto para o processo de furação a força de corte para cada aresta é dada por:
. .4
DFc Ks f
Sendo D o diâmetro da broca.
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LISTA DE EXERCÍCIOS Questão 1 Quais são os principais defeitos que aparecem na furação? Analise o motivo para cada um deles e a forma (operações) de elimina-los. Questão 2 Quais fatores justificam a furação a partir de um pré-furo em relação a furação em cheio? Questão 3
Determinar a rotação para fazer um furo de ¾” em uma chapa de alumínio
com uma broca de aço rápido. Questão 4 Quais fatores que determinam a classificação das brocas helicoidais? Quais são os tipos existentes?
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
1. ABNT NBR 6163, “Conceitos da Técnica de Usinagem - Geometria da Cunha Cortante – Terminologia”, 1980.
2. Machado, A. R. &Silva M. B. “Usinagem dos Metais“ Universidade Federal de Uberlândia , MG. 2002
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![CM 101 _ Noções de Usinagem (apostila)[1]](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/557201904979599169a1dc9a/cm-101-nocoes-de-usinagem-apostila1-55b08765b61d4.jpg)
![[Apostila] Usinagem Tornearia - SENAI](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/577ce5341a28abf103900f0c/apostila-usinagem-tornearia-senai.jpg)
![Apostila de Usinagem[1]](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/55cf96ca550346d0338dcc82/apostila-de-usinagem1.jpg)
