Forças e Potencias de Corte
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SEM534 Processos de Fabricao MecnicaProfessor - Renato G. Jasinevicius
Aula: Foras e Potncias de Corte
FORAS E POTNCIAS DE CORTE
Fora de usinagem Fu a fora total que atua sobre uma cunha cortante durante a usinagem
Componentes da fora de usinagem esto contidas :No plano de trabalho;No plano efetivo de referncia.
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FORAS E POTNCIAS DE CORTE
FORAS E POTNCIAS DE CORTE
ngulo de contato o ou () - ngulo central formado pelos raios que ligam o centro da fresa com os pontos onde o dente penetra e sai do material em usinagem.
Espessura do cavaco h - medida sempre na direo radial e varia de zero a um valor mximo hmax
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FORAS E POTNCIAS DE CORTE
Foras de Usinagem
A fora de usinagem (Fu) decomposta em uma componente que est no plano de trabalho:
Fora ativa (Ft): a projeo da fora de usinagem Fu sobre o plano de trabalho.
E em uma componente perpendicular ao plano de trabalho chamada de Fora passiva ou fora de profundidade
Fora passiva (Fp): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo perpendicular a direo de avano, situada no plano de trabalho.
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Foras de Usinagem
As componentes da Fora Ativa contribuem para a potncia de usinagem, pois esto no plano de trabalho:
Fora de corte (Fc): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo do corte (dada pela velocidade de corte).
Fora de avano (Ff): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo do avano.
Fora de apoio (Fap): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo perpendicular a direo de avano, situada no plano de trabalho.
Foras de Usinagem
Entre a fora ativa Ft, a fora de apoio Fap e a fora de avano Ffvale a relao
(1)Logo,
(2)
22fapt FFF +=
22ftap FFF =
-
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Foras de Usinagem
Para ngulo * da direo do avano = 90o Fap = Fc
(3)
(4)
* NGULO ENTRE A DIREO DE CORTE E DIREO DE AVANO
22fct FFF +=
22ftc FFF =
Foras de Usinagem
Fora efetiva de corte Fe: a projeo da fora de usinagem Fu sobre a direo efetiva de corte.
Fora Passiva ou de profundidade (Fp): a projeo da fora de usinagem Fu sobre a direo efetiva de corte. (no contribui para Potncia)
(5)
Substituindo Ft pelo seu valor dado na eq. 1 temos(6)
Somente nos casos de = 90o (p.e., torneamento)vale a relao
22tfp FFF =
( )222 fapup FFFF +=
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Foras de Usinagem
Somente nos casos de = 90o (p.e., torneamento)vale a relao
(7)
Fora de compresso Fn: a projeo da fora de usinagem Fu sobre uma direo perpendicular superfcie principal de corte.
* Importncia do estudo do comportamento das foras passivas estrelacionada a resposta elstica do material da pea e da ferramenta durante o corte e isso pode implicar na dificuldade de obteno de tolerncias de forma e dimenso apertadas
( )222 fcup FFFF +=
Foras de Usinagem
A fora de usinagem depende de diversos Fatores: Material da pea rea da seo de corte Espessura de corte h Geometria da ferramenta e ngulo de posio Estado de afiao da ferramenta Material da ferramenta Lubrificao Velocidade de corte
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Potncia de Corte
Potncia de Corte Pc o produto da fora de corte com a velocidade de corte v (Figura)
Para Fc e v em mm/min tem-se
(CV- cavalo vapor) (8)
Potncia de avano Pa o produto da fora de avano com a velocidade de avano va (Figura)
(CV) (9)
7560
=vFP cc
75601000
= aaavFP
Potncia de Corte
Potncia efetiva de corte Pe: o produto da fora efetiva de corte Fe pela velocidade efetiva de corte ve (Figura). portanto igual soma das potncias de corte e avano
Pe = Pc + Pa (10)
Para Fe em kg* e ve em m/min tem-se(11)
7560
= eeevFP
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Potncia de Corte
Relao entre a potncia de corte e de avano (de 8 e 9)
(12)
Torneamento: Para operao de torneamento resulta :
onde d = dimetro da pea, em mmf = avano, em mm/voltan = rotao, em r.p.m.
nfnd
FF
PP
a
c
a
c
=
vaFvF
PP
a
c
a
c
=1000
Potncia de Corte
Aproximadamente tem-se no torneamento Fc 4.5 Fa e tomando-se por exemplo d = 50 mm e f = 1mm/volta resulta
(13)
Observao:Foras so calculadas em daN1 CV ~ 0,746 kw
7701505,4
a
c
PP
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Potncia de Corte
Fresamento: Na operao de fresamento com fresas cilndricas tangenciais temos aproximadamente as relaes mdias
Fa 1.2 Fcva 5 v
Substituindo em (12) tem-se
(14)170
51
2,111000
a
c
PP
Potncia de Corte
Potncia fornecida pelo motor
(16)
onde o rendimento da mquina operatriz, igual a 60 a 80%.No caso de haver um motor para cada movimento, o clculo
parcelado das potncias fornecidas pelos motores pode ser realizado com um rendimento maior.
Variao das componentes da fora de usinagem com as condies de trabalho
c
mPP =
-
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CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
Taylor:
para FoFo cinzento
para FoFo branco
para ao doce
07.025.0
88apf
ks =
07.025.0
138apf
ks =
07.0
200f
ks =
CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
ASME
ondeCa = constante do materialf = avanon = 0.2 para ao e 0.3 para ferro fundido
Tabela V.3 p. 176-177 (ao rpido-18% W, 4% Cr, 1% V) . Para = 60o = 8o e = 6o .
na
s fC
k =
-
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CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
ASME
ondeCa = constante do materialf = avanon = 0.2 para ao e 0.3 para ferro fundido
Tabela V.3 p. 176-177 (ao rpido-18% W, 4% Cr, 1% V) . Para = 60o = 8o e = 6o .
na
s fC
k =
CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
AWF
onde Cw = constante do materialf = avano
Tabela V.3 para = 45o
477.0fC
k ws =
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CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
KORNENBERG
G = ap/f = ndice de esbeltezs= rea da seo de corteC, Cks, ps, qs, gs e fs so constantes que dependem do material da pea e da ferramentaGrficos 5.27 (p.180), 5.28(p.181), 5.29 (p.181) e 5.30 (p.182) FERRARESI - fornecem os valores de Cks, F1 e F2 para aos e ferros fundidos
fs
gs
ks
qspss s
GC
apfCk
=
= 5
CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
KORNENBERG
Grficos 5.27 (p.180), 5.28(p.181), 5.29 (p.181) e 5.30 (p.182) FERRARESI - fornecem os valores de Cks, F1 e F2 SEGUNDO AS SEGUINTES FRMULAS:
AO FoFo
)1(1
fssF =gsGF
=
52
)803.0(1 sF =
160.0
2 5
=
GF
863.01 sF =
120.0
2 5
=
GF
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CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
Kienzle
A Tabela V4 apresenta os valores de ks1 e 1-z dos materiais ensaiados por Kienzle.
bhkbhkF zssc ==1
1
CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE
Ferramenta afiada (para ferramentas com desgaste, no fim da vida, considerar um aumento de ks1 at 30%)
14590-42835Usinagem de ferro fundido
14590-46795Usinagem de ao
r(mm)
()()()()()()Geometria da ferramenta
As condies de ensaio foram as seguintes:
Velocidade de corte variando de 90 a 125 m/minEspessura de corte variando de 0.1 a 1.4 mm (extrapolao permissvel at h = 0.05 mm e h = 2.5 mm)Ferramenta de MD sem fluido de corte
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Foras na Furao
Sistema de Foras em Broca Helicoidais
Usando a Frmula de Kienzle para a determinao do Momento Torsor na furao em cheio
D = Dimetro da Broca [mm]
F = avano [mm/volta]
C1, x1 e y1 = constantes empricas do material da pea.
( )
( )
( )sen4senKC
fDCsenfsen4
DKM
2Dsenf
sen2DK
2DhbkapFcM
z11s
1
1y1x1
z12
1st
z11s
z11st
=
=
=
=
===
Sistema de Foras em Broca Helicoidais
Usando a Frmula de Kienzle para a determinao do Momento Torsor na furao em cheio
D = Dimetro da Broca [mm]
F = avano [mm/volta]
C1, x1 e y1 = constantes empricas do material da pea.
( )
( )
( )sen4senKC
fDCsenfsen4
DKM
2Dsenf
sen2DK
2DhbkapFcM
z11s
1
1y1x1
z12
1st
z11s
z11st
=
=
=
=
===
Foras na Furao
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Sistema de Foras em Broca Helicoidais
Formula de Kronemberg para a determinao do Momento Torsor na furao em cheio
D = Dimetro da Broca [mm]
F = avano [mm/volta]
C1, x1 e y1 = constantes empricas do material da pea.
111
yxt fDCM =
Foras na Furao
Sistema de Foras em Broca Helicoidais11
1yx
t fDCM =
0,702,3310,9 0,8VS600,782,1326,2 0,8VND0,721,7748,6 1,2VM200,771,9746,8 0,9521000,771,8737,9 0,610250,772,0121,9 0,310550,832,0524,3 0,910650,762,2215,1 0,410200,862,0530,2 0,51085
y1x1C1Ao
Foras na Furao
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4500VFPc
1000nDV
eD
M2F
Porm
PP
cc
c
maxtmaxc
mcdisp
=
=
=
=
Fora mxima de corte em furao
Foras na Furao
Exemplo Numrico:
Pretende-se tornear um eixo de ao ABNT 1035, de dimetro 100 mm, profundidade de usinagem ap = 4 mm, avano f = 0,56 mm/rev, rotao n = 320 rpm. Para tanto empregou-se uma ferramenta de metal duro P20 de caractersticas geomtricas = 60, = 6 , = 15 , = 0o, r = 0,5 mm.
Calcular a fora e a potncia de corte segundo:
a) ASME, b) AWF, c) Kronemberg e d) Kienzle
Foras de Corte Exerccios
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Exemplo
Exemplo
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Exemplo
Exemplo
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Simuladores disponveis
O uso do simulador livre. Basta acess-lo no site da TaeguTec (www.taegutec.com.br), na barra superior da pgina (Potncia de Corte). Tambm est disponvel o Manual do Usurio em portugus (no campo Novidades Manual Simulaes de Potncia).