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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.
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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.
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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
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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
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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,
furao, mandrilhamento, sistemas de fixao. Sandviken: AB Sandivik
Comorant.