Parametros de Usinagem

61PROGRAMA DE CAPACITAÇÃO ATUALIZAÇÃO TECNOLÓGICA DE DOCENTE SENAI-RJ

AÇÃO DE LUbRIfICAÇÃO E REfRIGERAÇÃO NA USINAGEM

M Ó D U L OMETALMECÂNICATORNEARIA MECÂNICATORNEARIA MECÂNICA

SENAI-RJ

Aprendi na vida que a

maioria dos problemas complexos

tem soluções simples

Al e i d e s TA p i A s

“

Parâmetros de corte

NESSE CAPíTuLO vOCê ENCONTRANESSE CAPíTuLO vOCê ENCONTRA44

A importância da refrigeração no processo de usinagem fluido de corte funções dos fluidos de corte Tipos de fluidos de corte

62 SENAI-RJ PROGRAMA DE CAPACITAÇÃO ATUALIZAÇÃO TECNOLÓGICA DE DOCENTE



SENAI-RJ

Principais parâmetros de corte para o processo de torneamentoParâmetros de corte são grandezas numéricas que defi-

nem, na usinagem, os diferentes esforços, velocidades,

etc. a serem empregados. Eles nos auxiliam na obtenção

de uma perfeita usinabilidade dos materiais, com a utili-

zação racional dos recursos oferecidos por uma determi-

nada máquina-ferramenta.

No Quadro 1 estão os parâmetros de corte utilizados

para as operações de torneamento.

Vejamos, então, cada parâmetro de corte se-

paradamente e sua respectiva utilização nas ope-

rações de torneamento.

Avanço (A)O avanço, por definição, é a velocidade de deslo-

camento de uma ferramenta em cada volta de

360° de uma peça (avanço em mm/rotação), con-

forme Figura 1, ou por unidade de tempo (avan-

ço em mm/minuto), conforme Figura 2.

quAdro

Parâmetros de corte11Parâmetro Símbolo

avanço

Profundidade de corte

Área de corte

tensão de ruptura

Pressão específica de corte

Força de corte

Velocidade de corte

Potência de corte

a

P

S

tr

Ks

Fc

Vc

Pc

bater de frentebater de frente

Na maioria das publicações que tratam do assunto Usinagem, o símbolo para a força de corte é Pc e para a potência de corte é Nc. Adotamos, porém, a simbologia que está no Quadro 1 para efeito didático.

figurAAvanço em mm/min

Avanço em mm/rotação1

figurA

22110

FerramentaFerramenta

3

a = 3mm/rot. (a cada volta de 360° da peça, a ferramenta se desloca 3mm)

a = 10mm/min. (a cada minuto de usinagem,

a ferramenta se desloca 10mm)




SENAI-RJ

A escolha do avanço adequado deve ser feita levando-

se em consideração o material, a ferramenta e a operação

que será executada na usinagem. Os fabricantes de ferra-

mentas trazem em seus catálogos os avanços adequados,

já levando em consideração as variáveis acima citadas,

testadas em laboratório.

Ilustrativamente, apresentaremos alguns valores no

Quadro 2, que foi confeccionada em laboratório, após vá-

rios testes realizados, e leva em consideração o grau de

rugosidade em relação ao avanço e raio da ponta da fer-

ramenta, facilitando o estabelecimento do avanço ade-

quado nas operações de torneamento.

para botar na moldurapara botar na moldura

CHoQue de ordemCHoQue de ordem

Quando tem-se a unidade

de avanço em mm/rot. e

se deseja passar para

mm/min. (ou vice e versa),

utiliza-se a seguinte

relação:

Avanço (mm/min.) = Rotação por minutos x Avanço (mm/rot.)

quAdro

22

Acabamento fino ClAssEs dE OPErAçõEssIstEmA dE lEIturA

Aparelho do senai

ra (ClA)

mIC

rO

Ns

mm

FórmulAs

rugosidade em µ m(H-r-rt)

AVANçOs Em mm / rOtAçÃO

rt

rt

mIC

rO

Ns-

INC

HE

s

r = s2

4 . r

Avanço em mm

s = 4r . r

r = raio da ferramenta em mm

rA

IO d

A C

ur

VAt

ur

A

dA

PO

NtA

dA

FE

rr

Am

EN

tA(m

m)

Grau de rugosidade x avanço x raio da ponta da ferramenta




SENAI-RJ

Profundidade de corte (P)trata-se da grandeza numérica que define a penetra-

ção da ferramenta para a realização de uma determi-

nada operação, possibilitando a remoção de certa

quantidade de cavaco (Figura 3).

ligação diretaligação direta

Estes são os dados da Figura 4:

P = mm

A = mm/rot.

Concluímos que a Área

de corte (S) é a relação

entre a Profundidade de

corte (P) e o Avanço (A).

figurA

Profundidade de corte (P)33

Área de corte (S)Constitui a área calculada da secção do cavaco que será

retirada, definida como o produto da profundidade de

corte (P) com o avanço (A) (Figura 4).

figurA

Área de corte (S)44

Tabela de tensão de ruptura (Tr)É a máxima tensão (força) aplicada em um determinado

material, antes do seu completo rompimento, tensão es-

ta que é medida em laboratório, com aparelhos especiais.

A unidade de tensão de ruptura é o kg/mm².

Apresentamos, na página ao lado, o Quadro 3 com os

principais materiais comumente utilizados em usinagem

e suas respectivas tensões de ruptura. Ela serve para con-

sultas constantes em nosso estudo.

S = P . A




SENAI-RJ

Pressão específica de corte (Ks) É, por definição, a força de corte para a unidade de área

da seção de corte (S). também é uma variável medida em

laboratório, obtida mediante várias experiências, onde se

verificou que a pressão específica de corte depende dos

seguintes fatores:

material em pregado (resistência)

secção de corte

Geometria da ferramenta

Afiação da ferramenta

Velocidade de corte

Fluido de corte

rigidez da ferramenta

Na prática, utilizam-se tabelas e diagramas que sim-

plificam o cálculo desse parâmetro de corte. Apresenta-

mos, a seguir, uma tabela, na Figura 5, para a obtenção

direta da pressão específica de corte (Ks), em função da

resistência (tensão de ruptura) dos principais materiais e

dos avanços empregados comumente nas operações de

torneamento, bem como para ângulo de posição da fer-

ramenta de 90°.

Para diferentes ângulos de posição da ferramenta, não

há necessidade de correção do valor de Ks, pois as dife-

renças não são significativas.

quAdro

Tensão de ruptura (Tr)33material que SerÁ uSinado

alumínio-bronze (fundido)

alumínio

bronze-manganês

bronze-fósforo

inconel

metal (monel) (Fundido)

nicrome

Ferro Fundido especial

Ferro maleável (Fundido)

aço sem liga

aço-liga fundido

aço-carbono:

Sae 1010 (laminado ou forjado)






aço-carbono de corte fácil:



aço-manganês:




aço-níquel:





aço-cromo-níquel:





aço-molibdênio:

Sae (laminado ou forjado)





aço-cromo:




aço-cromo-vanádio:



aço-silício-manganês:


aço inoxidável

material que SerÁ uSinadotenSão de ruPtura (Kg/mm²)

46 a 56

42

42-49

35

42

53

46

28 a 46

39

49

63-41

40

46

53

60

74

102

50

49

51

77

84

60

67

77

92

53

74

81

102

54

92

194

58

84

70

81

106

58

93

94

84-159

tenSão de ruPtura (Kg/mm²)




SENAI-RJ

bola na redebola na redefigurA

Diagrama de obtenção pressão específica de corte (Ks)55 Material

Tensão de ruptura em Kg/mm2 ou dureza

1. aço duro manganês2. aço liga 140-180 Kg/mm2

aço Ferram. 150-180 Kg/mm2

3. aço liga 100-140 Kg/mm2

4. aço inoxidável 60-70 Kg/mm2

5. aço Cr mg 85-100 Kg/mm2

6. aço mn Cr ni 70-85 Kg/mm2

7. aço 85-100 Kg/mm2

8. aço 70-85 Kg/mm2

9. aço 60-70 Kg/mm2

10. aço 50-60 Kg/mm2

11. aço fundido acima de to Kg/mm2

12. aço até 50 Kg/mm2

aço Fundido 50-70 Kg/mm2

Fundição de concha 65-90 shore13. aço fundido 30-50 Kg/mm2

Ferro fundido de liga 250-400 brinell14. Ferro fundido 200-250 brinell15. Ferro fundido maleável16. Ferro fundido até 200 brinell

Como utilizar a tabela

AA Definir o material que se quer usinar.

bb Definir o avanço em mm/rot para

a usinagem.

cc Definir Tensão de ruptura (Tr) do

material a ser usinado, utilizando

tabela específica (Quadro 3).

dd Aplicar o valor da tensão de ruptura

achado, na relação de material na

tabela da pressão especifica de

corte (Ks) (Figura 5), determinado-se

assim uma das 16 retas do gráfico.

ee Procurar o avanço empregado em

mm/rot. no eixo das abscissas.

ff Traçar uma linha até interceptar a

reta determinada no item dd e passar

uma perpendicular até o eixo das

ordenadas, determinado-se assim o

Ks em Kg/mm².




SENAI-RJ

Finalmente aplicamos esses valores na Figura 5 (na pá-

gina ao lado) de Ks. A partir da abscissa (eixo denomina-

do Avanço – mm/rotação) traçamos uma reta vertical até

atingirmos a reta diagonal com número 12 (obtido ante-

riormente). Nesse ponto de intersecção, seguir com uma

reta horizontal e paralela ao eixo das abscissas até tocar

um ponto no eixo das coordenadas (Pressão específica de

corte). A reta tocou no valor 250, o que significa que te-

mos um Ks = 250 kg/mm².

força de corte (fc)A força de corte Fc (também conhecida por força princi-

pal de corte) é, por definição, a projeção da força de usi-

nagem sobre a direção de corte, conforme a Figura 6.

olHa aí!olHa aí!

Então, para aços

até 50 kg/mm²,

temos a reta

número 12.

O avanço

já foi dado =

0,2mm/rot.


ExemploUsinar uma peça cujo material é aço SAE 1020, forjado, com um avanço de 0,2 mm/rot. Vamos até à tabela da tensão de ruptura e localizamos o

material e sua respectiva Tr.

Aço-carbono:

SAE 1010 (laminado ou forjado)






Para aços SAE 1020, forjado Tr = 46 kg/mm²

Com o valor de Tr = 46 kg/mm² (resistência),

vamos até a tabela de Ks e determinamos a reta

do material empregado.

Para isso, devemos verificar na legenda do

quadro o número da reta indicada para o material

com Tr = 46kg/mm2.

40

46

53

60

74

102

figurA

Força de corte66

Força de usinagem




SENAI-RJ

Esse parâmetro resulta do produto da pressão especi-

fica de corte (Ks) com a área de corte (S). A unidade é da-

da em kgf. Então:

Velocidade de corte (Vc) Por definição, a velocidade de corte (Vc) é a velocidade

circunferencial ou de rotação da peça. Em cada rotação

da peça a ser torneada, o seu perímetro passa uma vez pe-

la aresta cortante da ferramenta, conforme a Figura 7.

A velocidade de corte é importantíssima no estabele-

cimento de uma boa usinabilidade do material (quebra

de cavaco, grau de rugosidade e vida útil da ferramenta)

e varia conforme o tipo de material; classe do inserto; a

ferramenta e a operação de usinagem. É uma grandeza

numérica diretamente proporcional ao diâmetro da pe-

ça e à rotação do eixo-árvore, é dada pela fórmula que es-

tá no quadro Para calcular ou velocidade de corte.

figurARepresentação do movimento circunferencial77

A maioria dos fabricantes de ferramenta informa,

em tabela, a Vc em função do material e da classe

do inserto utilizado. Nesse caso, calcula-se a rotação

do eixo-árvore pela fórmula destacada abaixo.

uma luzuma luz

Vc = Velocidade de corte (metros/minuto)

π = Constante = 3,1416

D = diâmetro (mm)

N = rotação do eixo-árvore (rpm)

π . D . N1.000

Vc =

Para calcular a velocidade de corte

Vc . 1.000π . D

N =

pois

lembrando: P = Profundidade de corte (mm)

A = avanço (mm/rot.)

Fc = Ks . S

S = P . A

Fc = Ks . P . Aou




SENAI-RJ

bola na redebola na rede

tabelas de velocidades de corte destinadas à usinagem

seriada de grandes lotes são tabelas completas que levam

em conta todos os fatores que permitem trabalhar com

parâmetros muito perto dos valores ideais. Podemos con-

tar também com tabelas que levam em conta apenas o fa-

tor mais representativo, ou o mais crítico, possibilitando

a determinação dos valores de usinagem de maneira mais

simples e rápida (Quadro 4).

ExemploUtilizando-se uma Vc = 160m/min, qual é a rotação do eixo-árvore para a usinagem de uma peça de 60mm

de diâmetro?

Aplique a fórmula

160 . 1.000π . 60

N = N ≅ 849 rpm

Vc . 1.000π . D

N =


Visando facilitar o trabalho, costuma-se utilizar tabelas relacionando velocidade de corte e diâmetro de material, para a determinação da rotação ideal.

Vejamos um tipo de tabela no Quadro 5, na página a seguir.

quAdro velocidades de corte (vc) para torno (em metros por minuto)44

materiaiS

aço 0,35%C

aço 0,45%C

aço extraduro

Ferro fundido maleável

Ferro fundido gris

Ferro fundido duro

bronze

latão e cobre

alumínio

Fibra e ebonite

FerramentaS de aço rÁPido

deSbaSte

25

15

12

20

15

10

30

40

60

25

aCabamento

30

20

16

25

20

15

40

50

90

40

roSCar reCartilhar

10

8

6

8

8

6

10-25

10-25

15-35

10-20

FerramentaS de Carboneto-metÁliCo

deSbaSte

200

120

40

70

65

30

300

350

500

120

aCabamento

300

160

60

85

95

50

380

400

700

150




SENAI-RJ

Para determinar a N (rpm) necessária para usinar um

cilindro de aço 1020, com uma ferramenta de aço rápido,

conforme desenho da Figura 8, onde o valor de Ø100,

“maior”, é para desbaste, enquanto o de Ø95, “menor”, é

para acabamento.

na linHa

do vento

na linHa

do vento

Vamos a um exemplo prático, considerando desbaste e acabamento, tomando os Quadros 4 e 5 e as fórmulas já apresentadas.

quAdro

Rotações por minuto (rpm)55V

m/min 6318477636794

1 1081 1141 2721 4831 5881 9082 1202 3822 6502 8603 1763 4404 6004 4756 35212 900

6912151921242830364045505460657285120243

10191287382477605669764892954

1 1461 272 1 4311 5901 7201 9081 0702 2922 7103 8167 750

2096144191238303335382446477573636716795860954

1 0351 1461 3551 9083 875

306496127159202223255297318382424477530573636690764903

1 2722 583

40487296119152168191223238286318358398430477518573679945

1 938

5038577696121134152178190230254286318344382414458542764

1 550

6032486480101112128149159191212239265287318345382452636

1 292

70274154688695109127136164182205227245272296327386544

1 105

8024364860768496112119143159179199215239259287339477969

902132425367748599106127141159177191212230255301424861

10192938486067768995115127143159172191207229271382775

12016243240505664758096106120133144159173191226318646

diâmetro do material em milímetroS

figurA

Desgaste e acabamento88

Ø95

Ø10

0

olHa aí!olHa aí!

Na página ao lado você

encontra os dados e

a solução para debaste.

Confira e acompanhe.




SENAI-RJ

Potência de corte (Pc)

Potência de corte é a grandeza despen-

dida no eixo-árvore para a realização de

uma determinada usinagem. É um pa-

râmetro de corte que nos auxilia a esta-

belecer o quanto podemos exigir de

uma máquina-ferramenta para um má-

ximo rendimento, sem prejuízo dos

componentes dessa máquina, obtendo-

se assim uma perfeita usinabilidade.

É diretamente proporcional à velocidade de cor-

te (Vc) e à força de corte (Fc). Reúnem-se todos os dados necessários

Para desbaste

Para acabamento

A velocidade de corte obtém-se no Quadro 3.

Monta-se a fórmula e substituem-se os valores.

Ø de desbaste

Vc de desbaste

Ø de acabamento

Vc de acabamento

uma luzuma luz

Vc . 1.000π . D

25 . 1.000 mmπ mm . min . 100

1mm

N = = = 80

Vc . 1.000π . D

N =

30 . 1.000 mm95 . π mm . min

1mm

N = = 100

N ≅ 80 rpm

Valor obtido na Figura 8

Valor obtido na Tabela 3

D = 100 mm

mmin

Vc = 25Para materiais de aço 0,35%C o desbaste com ferramentas de aço rápido indica Vc = 25

Valor obtido na Figura 8

D = 95 mm

N ≅ 100 rpm

mmin

Vc = 30

Valor obtido na Tabela 3

Solução para desbaste Solução para acabamento onde: Ks = Pressão específica de corte (kg/mm²)P = Profundidade de corte (mm)A = avanço (mm/rot.)Vc = Velocidade de corte (m/min) = rendimento da máquina (%)Pc = Potência de corte (CV)

Fc . Vc . 60 . 75

Pc =

Ks . P . A . Vc . 4.500

Pc =

Fc = Ks . P . A


Pc (potência de corte) é

dada em CV (cavalo-vapor),

utilizando-se corretamente os

parâmetros em suas unidades

mencionadas acima.




SENAI-RJ

A fórmula apresentada, na prática, é a mais utilizada,

pois sempre é fornecida a potência nominal da máquina.

Quando se deseja obter a potência de corte (Pc) em kw

(quilowatt), basta transformar a unidade (da Pc que é CV)

pela relação:

1 CV = 0,736 kw

Na prática, também é fornecida a potência do motor

principal da máquina-ferramenta. Então, no lugar de cal-

cularmos a Pc (potência de corte) e compararmos o re-

sultado com a potência do motor, aplicamos a fórmula

para o cálculo da profundidade de corte (P) permitida de

acordo com a potência fornecida pela máquina.

Pc . . 4.500Ks . A . Vc

P =

Visando consolidar o entendimento, vamos a um

exemplo para cálculo da profundidade de corte (P).

dados:

Potência da máquina: 35kw

Ks = 230 kg/mm²

A = 0,3 mm/rot.

Vc = 180 m/min.

= 0,8 (máquina nova)

olHa aí!olHa aí!

Duas dicas

O rendimento ()Geralmente, em

máquinas novas, tem-se

um rendimento entre

70% e 80% (0,7 a 0,8).

Em máquinas usadas,

um rendimento entre

50% e 60% (0,5 a 0,6).

O rendimento é uma

grandeza que leva em

consideração as perdas

de potência da máquina

por atrito, transmissão,

entre outras.

O HP é também

uma unidade de

potência,

e podemos

considerar que

11

22

1 HP = 1 CV

Observe que não é dado o valor da potência de corte

(Pc), mas já foi indicado que Pc pode ser dada em cava-

lo-vapor (CV) que, por sua vez, pode ser transformada em

kw e vice-versa.

Então, primeiramente, vamos obter Pc a partir de kw.

Agora, aplicamos todos os valores à fórmula.

logo, a máxima profundidade de corte (P) permitida

nas condições acima, para uma potência do motor prin-

cipal da máquina de 35 kw (47,55 CV), é de 13mm.

Pc . . 4.500Ks . A . Vc

P =

A fórmula apresentada, na

prática, é a mais utilizada, pois

sempre é fornecida a potência

nominal da máquina.

1 CVX

0,736 kw35 kw

350,736

X = X = 47,55 CV

47,55 . 0,8 . 4.500230 . 0,3 . 180

P =

P = 13 mm




SENAI-RJ

Tempo de fabricaçãoO tempo de fabricação abarca desde o começo até a en-

trega do produto de uma tarefa que não tenha sofrido in-

terrupção anormal em nenhuma de suas etapas.

O tempo de fabricação engloba tempos de caracterís-

ticas diferentes, dentre os quais consta o tempo de usina-

gem propriamente dito, tecnicamente chamado tempo

de corte (Tc).

senão, vejamos: preparar e desmontar a máquina se

faz uma única vez por tarefa; já o corte se repete tantas

vezes quantas forem as peças.

Fixar, medir, posicionar resultam em tempo de mano-

bra, operações necessárias, mas sem dar progresso na

conformação da peça. também podemos ter desperdícios

de tempo ocasionados por quebra de ferramentas, falta

de energia etc.

Tempo de corte (Tc)também chamado tempo principal, é aquele em que a

peça se transforma tanto por conformação (tirar mate-

rial) como por deformação.

Nesta unidade só trataremos do cálculo do tempo de

corte (Tc) em que a unidade usual e adequada é o segun-

do ou o minuto.

para botar na moldurapara botar na moldura

Cálculo do tempo de corte (Tc)

Inicialmente, antes de

vermos o tempo de corte

propriamente dito, vamos

recordar como se processa o

cálculo do tempo em física.

O tempo (t) necessário para que um objeto realize

um movimento é o quociente de uma distância S

(comprimento) por uma velocidade V. Se pensarmos

no nosso trabalho, especificamente, o tempo para

que a ferramenta execute um movimento está

representando na equação

Tc = [s; min]

Vamos

então, ao

estudo de

uma variável

importante

para a determinação do

tempo de fabricação:

Tempo de Corte (Tc).

bater de frentebater de frente

S (comprimento)V (avanço)

olHa aí!olHa aí!

A seguir vamos

apresentar um

exemplo prático.




SENAI-RJ


ExemploUm comprimento de 60mm deve ser percorrido por uma ferramenta com a velocidade (avanço) de 20 mm/min.

Qual o tempo necessário para percorrer essa distância?

SoluçãoFórmula geral

Vejamos agora, a fórmula do Tc, considerando tais re-

lações entre comprimento e velocidade.

O avanço (a) é caracterizado por milímetros de deslo-

camento por volta. Através da fórmula do tempo, vemos

que velocidade de avanço (Va) pode ser determinada pe-

lo produto do avanço (mm) e da rotação (rpm).

Portanto, a fórmula para o cálculo do tempo de corte

pode ser:

60mm . min20mm

t =SV

t =

1min

Va = a . n mm .

Sa . n

Tc = [ min ]

L . ia . N

Tc = [ min ]

Conforme o desenho e a notação da Figura 9, e levan-

do em conta o número de passes (i), podemos ter a fór-

mula completa:


Veja na página ao lado um exemplo

de aplicação desta fórmula em um

processo de torneamento longitudinal.

Observe a Figura 9.

onde: L = eixo de comprimento

i = nº de passes (movimentos)

a = avanço

N = rotação por minuto




SENAI-RJ

Torneamento longitudinal

Torneamento transversal O cálculo de Tc neste tipo de torneamento é o mesmo que

para o torneamento longitudinal, sendo que o comprimen-

to L é calculado em função do diâmetro da peça (Figura 10).

figurA

Torneamento longitudinal99l

a

n


Calcular N = rpm

Calcular o Tempo de corte

AA

AA

ExemploUm eixo de comprimento L = 1.350 mm; Vc = 14m/min; diâmetro Ø = 95mm; avanço a = 2mm, deve ser torneado longitudinalmente com 3 passes.

Rotações da máquina:24 – 33,5 – 48 – 67 – 96 – 132/min

Calcule

AA rpm

bb Tempo de corte Tc

Veja a solução do exemplo no

quadro ao lado.

1º PASSo1º PASSo

2º PASSo2º PASSo

Solução

14 . 1.00095mm . πmm

46,93min

N = =

1.350mm . 32mm . 48 min

Tc = = 42min

N = 48

Vc . 1.000d . π

N =

L . ia . n

Tc =




SENAI-RJ

figurA

Torneamento transversal1010anote e guarde

d d

d

d2

L = D – d2

L =


Agora que terminamos a

apresentação dos diversos elementos

e procedimentos envolvidos no

torneamento, vamos à prática.

Aproveite o espaço ao lado para

suas anotações.

anote e guarde

Parametros de Usinagem

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