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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de São Carlos Departamento de Engenharia Mecânica RELATÓRIO TÉCNICO AULA PRÁTICA N° 2 FRESAMENTO: PRINCÍPIOS E OPERAÇÕES Alunos: Cayque Alvares Casale N° USP: 7591218 Christopher Carlos Bordini N° USP: 6516402 Felipe Santa Maria N° USP: 7591177 Marina Nascimento N° USP: 7591201 Mirella Cristina Fares N° USP: 7591264 Talita Villa Barbosa N° USP: 7698565 Curso: Engenharia de Materiais e Manufatura Disciplina: Fabricação Mecânica por Usinagem (SEM-560) Professores: Alessandro Roger Rodrigues Renato Goulart Jasinevicius São Carlos, Maio de 2013.

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  • UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    Escola de Engenharia de So Carlos

    Departamento de Engenharia Mecnica

    RELATRIO TCNICO

    AULA PRTICA N 2

    FRESAMENTO: PRINCPIOS E OPERAES

    Alunos: Cayque Alvares Casale N USP: 7591218

    Christopher Carlos Bordini N USP: 6516402

    Felipe Santa Maria N USP: 7591177

    Marina Nascimento N USP: 7591201

    Mirella Cristina Fares N USP: 7591264

    Talita Villa Barbosa N USP: 7698565

    Curso: Engenharia de Materiais e Manufatura

    Disciplina: Fabricao Mecnica por Usinagem (SEM-560)

    Professores: Alessandro Roger Rodrigues

    Renato Goulart Jasinevicius

    So Carlos, Maio de 2013.

  • Fresamento: Princpios e Operaes

    1. OBJETIVO GERAL ...................................................................................... 1

    2. OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................ 1

    3. INTRODUO ............................................................................................. 1

    4. METODOLOGIA .......................................................................................... 7

    5. EXPERIMENTO ........................................................................................... 9

    5.1. Medies ............................................................................................... 9

    5.2. Folha de processo ............................................................................... 11

    6. DISCUSSO .............................................................................................. 16

    7. CONSIDERAES ................................................................................... 19

    8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................... 20

  • 1

    Fresamento: Princpios e Operaes

    1. OBJETIVO GERAL

    Realizar as principais operaes de fresamento.

    2. OBJETIVOS ESPECFICOS

    a) Conhecer a influncia das condies de usinagem sobre o estado da

    superfcie da pea: avano por dente x rugosidade;

    b) Realizar operaes de usinagem visando obteno de faixas de

    acabamento e tolerncias dimensionais e geomtricas;

    c) Conhecer as etapas envolvidas na fabricao de uma pea atravs do

    fresamento: ferramentas, condies de corte, princpios de fabricao,

    etc.

    3. INTRODUO

    O fresamento uma operao que visa obter superfcies usinadas pela

    remoo de material da pea de trabalho atravs de uma ferramenta giratria,

    denominada fresa, de mltiplos gumes cortantes. Cada aresta de corte da fresa

    remove uma quantidade de material na forma de cavaco para cada revoluo

    do eixo onde a ferramenta fixada.

    A caracterstica principal do fresamento em relao aos demais

    processos de usinagem se deve sua cinemtica: a pea translada e a

    ferramenta gira. A mquina responsvel por essa operao a fresadora. Por

    meio desta podem ser geradas superfcies no planas e de no-revoluo.

    As fresadoras so comumente classificadas de acordo com a posio do seu

    eixo-rvore em relao mesa de trabalho (lugar da mquina onde se fixa a

    pea a ser usinada). O eixo-rvore a parte da mquina onde se fixa a

    ferramenta.

    As mquinas fresadoras classificam-se em relao ao eixo-rvore em

    vertical, horizontal e universal. Quando o eixo-rvore perpendicular mesa

    da mquina, a fresadora vertical. Se o eixo-rvore for paralelo mesa da

    mquina, ento se trata de uma fresadora horizontal.

  • 2

    J a fresadora universal dispe de dois eixos-rvore, um horizontal e outro

    vertical. O eixo vertical situa-se no cabeote, parte superior da mquina. O eixo

    horizontal localiza-se no corpo da mquina. Por dispor de dois eixos, a

    fresadora universal tem a possibilidade ser utilizada tanto na posio horizontal

    quanto na vertical.

    Algumas mquinas tomaram como modelo as fresadoras horizontais e

    verticais, mas no funcionam do mesmo modo. Uma delas a fresadora

    copiadora, que trabalha com uma mesa e dois cabeotes: o cabeote

    apalpador e o de usinagem. Como o nome diz, a fresadora copiadora tem a

    finalidade de usinar copiando um dado modelo.

    H ainda fresadoras especiais como as fresadoras ferramenteira e a faceadora.

    A fresadora ferramenteira uma mquina muito verstil, com

    movimentos no cabeote vertical e horizontal na mesa. aplicada para

    trabalho em peas pequenas e com formato complicado. A mesa oferece

    tambm inclinao na vertical. A fresadora Faceadora aplicada para

    faceamento de peas em grandes lotes. So mquinas muito robustas e de

    poucos recursos gerais.

    Figura 2 Fresadoras universal e copiadora

    Figura 1 - Fresadoras horizontal e vertical

  • 3

    Figura 3 Fresadora ferramenteira

    Figura 4 Fresadora faceadora

    Os tipos fundamentais de fresamento so classificados conforme a disposio

    das arestas ativas da fresa:

    Fresamento tangencial: operao na qual as arestas cortantes

    ativas esto na superfcie cilndricas da ferramenta (fresa). O eixo

    da fresa neste caso paralelo superfcie gerada.

    Fresamento frontal: operao na qual as arestas cortantes ativas

    esto na superfcie frontal da ferramenta (fresa). O eixo da fresa

    neste caso perpendicular superfcie gerada.

  • 4

    Figura 5 Fresamento cilndrico tangencial

    Figura 6 Fresamento frontal

    No fresamento tangencial as fresas so chamadas fresas cilndricas ou

    tangenciais enquanto que no fresamento frontal, so chamadas fresas frontais

    ou de topo. As fresas cilndricas podem operar segundo o fresamento

    concordante - caso em que o sentido do movimento de avano coincide com o

    sentido do movimento rotatrio da fresa ou fresamento discordante - caso em

    que o sentido do movimento de avano contrrio do sentido do movimento

    rotatrio da fresa.

  • 5

    Figura 7 Fresamento discordante e concordante

    Alguns dos parmetros do processo de fresamento so mostrados na figura abaixo:

    Figura 8 Alguns parmetros do processo de fresamento

    fcil verificar, que produzir uma pea dentro da tolerncia dimensional

    no d garantias de que esta funcionar adequadamente para a funo que foi

    projetada. Ou seja, no suficiente que as dimenses da pea estejam dentro

    das tolerncias dimensionais previstas. necessrio que as peas estejam

    dentro das formas previstas para poderem ser montadas adequadamente e

    para que funcionem sem problemas. Algumas tolerncias so descritas abaixo.

    A tolerncia de planeza corresponde distncia t entre dois planos

    ideais imaginrios, entre os quais deve encontrar-se a superfcie real da pea.

    O espao situado entre os dois planos paralelos o campo de tolerncia.

  • 6

    Figura 9 Tolerncia de planeza

    A tolerncia de paralelismo o espao contido em um cilindro de

    dimetro t cujo eixo paralelo a uma das retas.

    Figura 10 Tolerncia de paralelismo

    Para determinar a tolerncia de simetria, tomamos como elemento de

    referncia o plano mdio ou eixo da pea. O campo de tolerncia limitado por

    dois planos paralelos, equidistantes do plano mdio de referncia, e que

    guardam entre si uma distncia t.

    Figura 11 Tolerncia de simetria

  • 7

    4. METODOLOGIA

    a) Fresadora Universal Schaublin (tipo 53N):

    Potncia: 3 kW

    Rotao: 38 a 1510 rpm

    Velocidade de avano: 12 a 1050 mm/min

    Cone do eixo-rvore: SA40

    Distncias usinveis: 700 (X), 250 (Y), 490 (Z)

    rea da mesa: 300 x 1100 mm2

    b) Sistemas de medio empregados:

    PLANEZA:

    Conjunto relgio comparador e base magntica (marca Mitutoyo)

    Resoluo = 1 micrmetro

    Acessrios: 3 apoios com regulagem de altura e base circular de lato

    PARALELISMO:

    Conjunto relgio apalpador eletrnico tipo basculante, medidor vertical e

    galvanmetro (marca Tesa)

    Resoluo = 0,1 micrmetro

    SIMETRIA E TOLERNCIAS DIMENSIONAIS:

    Medidor vertical (marca Tesa, modelo Hite)

    Resoluo: 5 micrmetros

    c) Ferramentas usadas nos testes:

    FIGURA 1:

    Cdigo da fresa para faceamento da superfcie superior: SWMT 13 04

    PDPR-MJ (marca Tungaloy)

    As demais fresas so de ao rpido.

  • 8

    FIGURA 2:

    (Dados que faltaram no roteiro da aula prtica para clculo da

    rugosidade terica):

    Raio de ponta = 0,1 mm

    ngulo de posio primrio = 90o

    ngulo de posio secundrio = 1,

    d) Parmetros de usinagem usados no fresamento da pea de alumnio:

    Na pea em que foi medida a tolerncia dimensional foram usados diferentes

    valores de avano por dente por revoluo em cada superfcie, os valores so

    mostrados abaixo:

    (A) fz = 0,051 mm/z

    (B) fz = 0,114 mm/z

    (C) fz = 0,153 mm/z

    (D) fz = 0,216 mm/z

    (E) fz = 0,290 mm/z

    (F) fz = 0,380 mm/z

    Alumnio 6063-T6:

    Ligas de alumnio 6063 so usam mangans como e silicone como principais

    elementos de liga. Esse tipo de liga possui bom acabamento superficial,

    elevada resistncia corroso, boa extrudabilidade, resistncia mecnica

    mediana e podem ser facilmente anodizado.

    Operao Fresa Condio de corte

    Df

    (mm)

    z

    []

    n

    [rpm]

    vf

    [mm/min]

    ap

    [mm]

    ae

    [mm]

    Faceamento da superfcie superior 80 6 90 650 47 1,0 50,5

    Rasgo (7 x 56 mm) 50 5 90 655 60 2 x 3,5 50 + 6

    Cavidade (35 x 45 mm) 19 4 90 422 35 2 x 2,5 19 + 16

    Rasgo T (RT) 19 4 90 422 12 3,2 4 x 1,01

    Degrau para RT (6 x 7 mm) 50 5 90 650 60 2 x 3,5 6

  • 9

    O alumnio 6063-T6 trata-se de uma liga como a descrita anteriormente que foi

    submetida a um tratamento trmico de solubilizao e envelhecimento artificial

    visando o aumento de sua resistncia.

    Abaixo esto apresentadas tabelas com a composio percentual da liga 6063-

    T6 e de suas propriedades mecnicas:

    % Al Cr Cu Fe Mg Mn Si Ti Zn

    97,5 0,1 0,1 0,35 0,45-0,9 0,1 0,2-0,6 0,1 0,1

    Mdulo de

    Elasticidade

    (GPa)

    Tenso de

    Escoamento

    (MPa)

    Limite de

    Resistncia

    (MPa)

    Elongao at a

    ruptura (a

    100C)

    H Brinnel

    (Kgf/mm2)

    68,9 214 241 15 % 73

    5. EXPERIMENTO

    5.1. Medies

    a) Planeza:

    Para a medio da planeza foi usado um desempeno de granito com

    referncia, a pea foi fixada sem 3 apoios sobre a mesa de modo que uma

    ficasse paralela a outra.

    Para evitar erros na medio deve-se observar a escala de graduao

    frontalmente, caso contrrio ocorrer um desvio ptico causado pelo ngulo de

    viso do observador (Erro de Paralaxe).

    A mxima e a mnima variao foram medidas para a obteno da amplitude,

    essa medio foi realizada em trs trajetrias diferentes e os valores obtidos

    esto apresentados na tabela no item abaixo (c).

    b) Paralelismo:

    O paralelismo foi medido atravs de um Conjunto relgio apalpador eletrnico

    tipo basculante, medidor vertical e galvanmetro (marca Tesa), com resoluo

  • 10

    de 0,1 micrmetro. A pea colocada diretamente na mesa, uma vez que o

    plano de referncia a prpria superfcie da pea, nesse caso, a superfcie

    inferior.

    O aparelho possui uma escala de 1 a 6, sendo a de 1 a de maior diviso

    (50m) e a de 6 a de menos diviso (1m).

    Escolhida a escala 6, foram feitas as medida na superfcie da pea, em 3

    pontos diferentes, no mais extremo, no meio e no mais interno. E as medidas

    foram plotadas na tabela 1 a baixo.

    c) Simetria e Tolerncias Dimensionais:

    Foram medidas em um Medidor vertical (marca Tesa, modelo Hite) com

    resoluo: 5 micrmetros, onde obtivemos as medidas do dimetros D1, D2,

    D3 e as alturas de a at f. Os resultados foram plotados na Tabela 1

    abaixo:

    Tabela 1: Tolerncias geomtricas e dimensionais

    Med.

    Tolerncias geomtricas e dimensionais

    Figura 1 Figura 2

    (mm)

    D1

    (mm)

    D2

    (mm)

    D3

    (mm)

    a

    (mm)

    b

    (mm)

    c

    (mm)

    d

    (mm)

    e

    (mm)

    f

    (mm)

    1 20m 13m 0,150 7,85 35,18 9,84 2,020 1,970 1,990 2,020 1,995 1,955

    2 17m 17m 0,147 7,84 34,81 10,17 2,025 1,995 2,015 1,995 1,985 1,960

    3 21m 14m 0,142 7,81 34,88 10,18 2,010 2,010 2,020 1,980 1,960 1,970

  • 11

    5.2. Folha de processo

    A fresadora utilizada na prtica do tipo Universal (da marca Schaublin) com

    potncia de at 3kW, rotao variando entre 38 a 1510rpm e velocidade de

    avano de 12 a 1050mm/min. A pea final desejada a seguinte:

    Barra inicial:

    Figura 12: Pea bruta.

    1. A barra fixada na fresa universal com o auxlio de uma morsa.

    2. As condies de corte para o faceamento da superfcie superior so: D

    =60mm, n = 650rpm, Vf = 47mm/min, ap = 0,8mm e ae = 50,5mm.

    15

    7 0 -0

    ,1

    5

    33,08 0-0,1

    25 0-0,1

    7 0 -0

    ,15

    0,5

    24,5

    15

    26

    16

    35

    22,50,03

    R9,5

    7,7

    5

    100,03

    10 0-0,1

    TOLERNCIA GERAL: 0,1 mm

    0,812,5

    45

    105

    0,08 A

    A

    B

    0,05 B 0,06

    3,8

    3,2

    +0

    ,1-0

    4,04 0 -0

    ,1

    (D3

    )

    (D1

    )

    (D2

    )

    56 6

    17

    ,25

  • 12

    Figura 13: Faceamento superior.

    3. Desbaste do rasgo de 7 x 56mm com fresa de topo, condies da fresa:

    D = 32mm, n = 650rpm, Vf = 60mm/min, feito em trs passes, ap1 =

    2,5mm, ap2 = 2,5mm e ap3 = 2mm. O comprimento do rasgo foi divido em

    dois passes, ae1 = 32mm e ae2 = 24mm.

    Figura 14: Rasgo 7 x 56mm

    4. Desbaste do degrau de 7 x 6mm com fresa de topo, condies da fresa:

    D = 32mm, n = 650rpm, Vf = 60mm/min, ap = 7mm e ae = 6mm.

  • 13

    Figura 15: Degrau

    5. Desbaste do rasgo em "T" do lado direito do degrau com fresa em "T",

    condies da fresa: D = 3,8mm, n = 422rpm, Vf = 12mm/min, feito em

    sete passes, com os seis primeiros ae = 0,6mm e o ltimo ae = 0,44mm e

    ap = 3,2mm.

    Figura 16: Rasgo em "T".

    6. Desbaste do rasgo em "T" do lado esquerdo do degrau com fresa em

    "T", condies da fresa: D = 3,8mm, n = 422rpm, Vf = 12mm/min, feito

    em sete passes, com os seis primeiros ae = 0,6mm e o ltimo ae =

    0,44mm e ap = 3,2mm.

  • 14

    Figura 17: Rasgo em "T".

    7. Furo com a broca, ap = 5mm, no local onde a fresa de fresa de topo sem

    corte sobre o centro comear a fazer a cavidade.

    Figura 18: Furo com a broca.

    8. Desbaste da cavidade de 35 x 45mm com fresa de topo sem corte sobre

    o centro, condies da fresa: D = 16mm, n = 422rpm, Vf = 35mm/min,

    feito em dois passes com ap1 = 2,5mm e ap2 = 2,5mm. O ae foi

    determinado de acordo com a geometria da cavidade, sendo que a

    ferramento seguiu o seguinte movimento:

  • 15

    Sendo necessrio ainda um passe no centro da cavidade para retirada com

    material restante.

    Figura 19: Cavidade.

  • 16

    Pea final:

    Figura 20: Pea final.

    6. DISCUSSO

    Nesta prtica fora colocado em prtica a teoria sobre processo de fresamento

    aprendido em aula, as questes propostas foram respondidas abaixo.

    1) Estime a fora de corte mxima na usinagem da cavidade (Dados

    fornecidos abaixo).

    O fresamento em questo o fresamento em topo cheio (ae=D), s aplica-se a

    equao para o lado concordante ou discordante, portanto o ngulo de

    engajamento 90 e hmax=fz, sendo assim hmax=4.

    Pela expresso de fora de corte de Kienzle, temos:

    fz (mm/z) Rp (mm) b(mm) n (rpm) 1-z Ks1 (N/mm2) z ngulo vc (m/min)

    0,02 0,1 2,5 312 0,88 900 4 90 25

  • 17

    ( )

    Fcmax=900 x 2,5 x (0,02)^(0,88)

    Fcmax=71,96 N

    2) Calcule a rugosidade terica, obtida com os parmetros de corte e a

    geometria da ferramenta, e compare com os resultados experimentais

    medidos na pea apresentada pelo perfilmetro ptico. Justifique a

    diferena observada entre os valores tericos e experimentais.

    Para obteno das rugosidades Ra e Rt, juntamente com Rmax=R terica, foi

    montada a seguinte tabela:

    Dados: z=4

    X=90

    Xs=1,5

    fz (mm/z) fz. Z cotx+cotXs

    R terico (um) Rt exp (um) Ra exp (um)

    0,051 0,204 38,188 1,3354 10,267 1,263

    0,114 0,456 38,188 2,9852 19,434 3,867

    0,153 0,612 38,188 4,0064 20,07 3,776

    0,216 0,864 38,188 5,6562 25,64 4,42

    0,29 1,16 38,188 7,5940 35,38 5,026

    0,38 1,52 38,188 9,9507 47,88 7,267

    Mdia Rt exp= 26,44516667

    Mdia Ra exp= 4,269833333

    Desvio Padro Rt exp= 13,35263199

    Mdia Rt exp= 1,950617278

    A partir dos dados, temos os seguintes grficos:

  • 18

    -20

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 0,1 0,2 0,3 0,4

    Rt

    (um

    )

    fz (mm/z)

    Rt x fz

    Rt exp (um)

    Rt terico (um)

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    0 0,1 0,2 0,3 0,4

    Ra

    (um

    )

    fz(mm/z)

    Ra x fz

    Ra exp (um)

    Ra terico (um)

  • 19

    Diferenas observadas entre rugosidades experimentais e a rugosidade

    terica se deve a experincia do operador e a complexidade da pea com o

    qual ele est trabalhando.

    7. CONSIDERAES

    Atravs desta prtica foi possvel conhecer as principais operaes de

    fresamento. Foram realizadas as seguintes operaes: faceamento, desbaste

    de rasgo, desbaste de degrau, furo com broca e desbaste de cavidade.

    Na maioria das aplicaes, as tolerncias dimensionais de uma pea

    so insuficientes para se determinar exatamente como esta deveria estar para

    -20

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 0,5 1 1,5 2

    R (

    um

    )

    f (mm/rot)

    Rt x f

    Rt exp (um)

    Rt terico (um)

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    0 0,5 1 1,5 2

    R (

    um

    )

    f (mm/rot)

    Ra x f

    Ra exp (um)

    Ra terico (um)

  • 20

    a funo a qual foi projetada. A pea real fabricada sempre apresentar

    desvios (ou erros), ocasionados durante sua fabricao pelas mquinas-

    ferramentas. Portanto, posteriormente s operaes de fresamento, analisou-

    se a planeza, o paralelismo, a simetria e as tolerncias dimensionais da pea

    produzida.

    Para uma melhora na operao de usinagem deve-se buscar a escolha

    correta da ferramenta, do fluido de corte, do equipamento e da condio de

    usinagem para o material a ser usinado e, dessa forma, obter um componente

    com dimenses, geometria e rugosidade desejadas.

    8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    Ferraresi, D., Fundamentos da Usinagem de Metais, Vol.1, Editora Edgard

    Blucher Ltda, 1970.

    Diniz, A.E., Marcondes, F.C., Coppini, N.L., Tecnologia da Usinagem dos

    Metais; Editora MM 1999.

    FMCQ, Consultoria em Metrologia e Qualidade, Rugosidade: Parmetros. 2009

    Rebrac Instumentos de Medio Ltda.

    Sandivik (2005). Manual tcnico de usinagem: torneamento, fresamento,

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