CAP.4 FORÇA E POTÊNCIA DE CORTE 15.1

(1)

PROCESSOS DE USINAGEM

CAPÍTULO 04

 USINABILIDADE

 FORÇAS E POTÊNCIA DE CORTE - 1/2

(2)

Fundamentos Tecnológicos e Metalúrgicos

A usinabilidade é uma propriedade que depende da interação entre o processo de fabricação e as características do material da

peça.

No caso dos aços, a composição química, a microestrutura e os tratamentos térmicos e mecânicos têm um efeito acentuado na

usinabilidade dessa classe de materiais metálicos.

Para avaliação da usinabilidade, são, geralmente, usados quatro critérios, utilizados isoladamente ou em conjunto:

Vida da ferramenta. Força de usinagem.

Qualidade superficial da peça.

(3)

Movimentos na Usinagem

3

Prof. Fernando Penteado.



Movimento efetivo de corte:

É o movimento entre a ferramenta e a peça, a

partir do qual resulta o processo de usinagem.

Quando o movimento de avanço é continuo, o

movimento efetivo é a resultante da composição

dos movimentos de corte e de avanço.

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Movimento Efetivo de Corte

4

(5)

FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Torneamento

F

_u

= F

_c

+ F

_a

+ F

_p F_u F_c F_a V_a V V_e = . a . p (Força de usinagem) F_c= k_s . a . p (Força de Corte) F_a= k_a . a . p (Força de Avanço) F_p= k_p . a . p (Força de Profundidade) Fu Ku F_p

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FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Torneamento

a b p h 

s = a . p = b . h = área da seção do cavaco F_u= k_u . s

k_u: Pressão Específica de Usinagem

F

_c

= k

_s

. a . p

(Força de Corte)

F

_a

= k

_a

. a . p

(Força de Avanço)

(7)

Posição da ferramenta

a

p



Onde: = ângulo de rendimento ou ângulo de posição da ferramenta

p/aço 30° ≤  ≤ 60°

(8)

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FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Seção do Cavaco = q

p h a b  b p_c  Sen  = P_c / b b = Pc/Sen  Sen  = h / a h = a . Sen 

q = b . h

q = p

_c

. a.Sen 

q = p

_c

. a

a ҳ h

Sen



Relação sugerida entre “p_c” e “a”

Para os aços: pc = 2a

(10)

FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Fórmula de Kienzle (1952)

F

_c

= k

_s

. p . a (Força de Corte)

ou

log k

_s

= log k

_s1

– Z . log h

k

_s

= k

_s1

. h

-Z

F

c

= = k

s1

. h

–Z.

b.h = k

s1

. b . h

(1-Z) lo g k s1 lo g k s lo g k s Z . lo g h P₁ P log h log h



p h a b 

Na fórmula de Kienzle, k_s figura como função da espessura de corte h e ks1 e z são constantes do material

(11)

Resultados experimentais:

K_s

Vc (m/min) 150

Largura de corte, b = p_c/sen 

(12)

(13)

FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Extensão da Fórmula de Kienzle

k_a = k_a1 . h -x F_a = k_a1 . b . h (1-x)

k_p = k_p1 . h -y

k_s = k_s1 . h -Z F

c = ks1 . b . h (1-Z)

F_p = k_p1 . b . h (1-y)

(14)

Potências de Usinagem

14 Prof. Fernando Penteado.

Potência de Corte

Fc [N] e Vc [m/min]

]

kW

[

.

V

.

F

_c

3

10

60 

c

P

(15)

Potências de Usinagem

Potência de Avanço

Ff [N] e Vc [mm/min]

]

kW

[

.

V

.

F

_f

6

10

60 

f

P

(16)

Potências de Usinagem

Como Pf<<<Pc costuma-se dimensionar o motor da

máquina operatriz apenas pela Pc

Potência fornecida pelo motor

60% a 80% para máquinas convencionais e 90% para máquinas CNC





P

c

P

_m





(17)

Potências de Usinagem

A força de corte pode ser expressa pela relação:

Ks = Pressão específica de corte A = b.h = ap.f = Área da seção de corte

A

.

K

(18)

Cálculo da pressão específica de corte - Ks

Segundo Kienzle Ks é função da espessura de corte h

z

h

.





K

_s1

Ks

b

.

h

.

K

b

.

h

.

K

F



_s



_s



z



1

1 c

(19)

Cálculo da pressão específica de corte - Ks

Material

_σ

_{t [N/mm²]} 1-z Ks1 Aço 1030 520 0,74 1990 1040 620 0,83 2110 1050 720 0,70 2260 1045 670 0,86 2220 1060 770 0,82 2130 8620 770 0,74 2100 4320 630 0,70 2260 4140 730 0,74 2500 4137 600 0,79 2240 6150 600 0,74 2220 Fofo HRc = 46 0,81 2060 19 Prof. Fernando Penteado.

(20)

Exercício

Determinar a potência do motor de um torno universal

que deve fazer um torneamento cilíndrico em uma barra

de aço 8620 com diâmetro 50 mm.

Parâmetros de corte: Vc = 110 m/min, a

p

= 1,4 mm e

f = 0,4 mm/rot.

Ferramenta: Metal duro s/fluido de corte.

Rendimento mecânico da transmissão do motor à árvore

principal: 70%.

(21)

SOLUÇÃO:

Tab. Mat. Aço SAE 8620  _t = 770 N/mm2

1-z = 0,74 k_s1 = 2100  = 90º  Sen 90º = 1  h = f = 0,4mm/s b = a_p = 1,4mm F_C = k_s1.b.h1-2 F_C= 2100x1,4(0,4)0,74 F_C = 2100x1,4x0,507 = 1490,58N P_C = F_{C .}V _C P_C = 1490,58N x 110m/min./60x103 P_C = 2,73kw ou Pc = 2,73/0,736 =3,709 cv Pm = Pc/ = 3,709/0,70 = 5,29cv Conversão de unidades: 1hp = 0,746kw e 1cv = 0,736kw

(22)

(23)

(24)

Método prático

Laboratório da Faculdade de

(25)

FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Potência de Corte – Método Alternativo

P_cv F . v 60 . 75 q .



s . v 4.500 = = F : Esforço de arrancada em Kgf P_cv: Potência de Corte em cv

v : Velocidade de corte em m/min

q : seção do cavaco em mm2 = p

c . a



s : Pressão específica de Corte em Kgf/mm2

x y z F c V

(26)

FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM

Potência Efetiva de Corte

0,70 ≤ η ≤ 0,95

(segundo o tipo e as condições da máquina)

Pressão Específica de Corte (



s)

Pe_cv η q .



s . v 4.500 . η = Pcv = MATERIAL Resistência Dureza Brinell s = Kgf / mm2 r = Kgf / mm2 _{q = 1 mm}₂ _{q = 10 mm}₂ _{q = 50 mm}₂ Aço Doce 30 a 40 90 a 120 170 125 102 Aço médio teor de "C" 40 a 50 120 a 140 210 155 127 Aço médio teor de "C" 50 a 60 140 a 170 250 188 151 Aço Duro 60 a 70 170 a 195 300 232 181 Aço Duro 70 a 80 195 a 235 259 265 217 Aço Cromo-Níquel (Cr-Ni) 65 a 80 190 a 225 241 193 164 Bronze 20 a 25 a 90 79 46 32

(27)

Aplicação:

Eq. da Continuidade Q = S x V ;

Q = pc x a x v = b x h x v

(28)

KW = 0,022 cm3/min

(29)

Seção de corte da broca

S = D. a

4

(30)

(31)

(32)

CÁLCULO DA SEÇÃO DE CORTE DA BROCA

(33)

CÁLCULO DA SEÇÃO DO CAVACO DA BROCA

pela tabela para aço comum de 60 kgf/mm2

e broca de aço extra rápido:

(34)

(35)

Pela tabela para o aço comum de 60 kgf/mm2 e q = 1,5 mm2

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

Situação:

Deseja-se estudar a produção uma ponta eixo, a

unidade fabril possui um torno novo (rend:80%)

com potencia de 7,5cv, a produção será a partir de

um tarugo SAE 1030 de diâmetro 50mm, deseja-se

um acabamento fino para a área de trabalho da

ponta de eixo.

= 0,56mm/rot = 0,11mm/rot Dados Complementares: Vc Desbaste = 25m/min Vc Acabamento = 30m/min Ks1 = 199 kg/mm² 3 4 m m 4 2 m m 42 mm 64 mm 12 mm

(42)

• Segundo as informações do nosso torno deveremos

determinar a potencia de usinagem para sabermos o limite

de profundidade de corte a ser executado por passe,

diante disso temos:

1° Passo

Podemos verificar que com dois passes conseguiremos alcançar o diâmetro desejado para a peça, um passe de desbaste e outro de acabamento.

(43)

2° Passo

• Diante do expostos vamos considerar P de desbaste

de 8 mm no diâmetro maior do eixo e para o diâmetro

menor um P de 5 mm depois outro passe com P de 5

mm e por ultimo um passe de acabamento com P de

2 mm, vamos então calcular a Força de Corte,

Rotação da máquina, Velocidade de Corte :

Fc = Ks . P . A

Fc_D = 199 . 8 . 0,56 Fc_D = 891,52 Kgf Fc_d1 = 199 . 5 . 0,56 Fc_d1 = 557,2 Kgf Fc_d2 = 199 . 2 . 0,11 Fc_d2 = 43,78 Kgf

Força de Corte

_{Velocidade Corte}

Devido o material e a ferramenta de corte indica-se o uso das seguintes velocidade de corte: Vc_Desbaste = 25m/min Vc_Acab. = 30m/min

Rotação:

(44)

3° Passo

Como já verificado o nosso torno suportará facilmente o

corte desejado, porém iremos calcular agora o Potencia

de Corte e Tempo de Fabricação:

(45)

(46)

(47)

Fórmula de Kienzle

(48)

(49)

(50)