USI aulas 4-5-6

Usinagem

Aulas 04-05-06

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTOS NOS PROCESSOS DE USINAGEM

• Movimentos que causam diretamente a saída do cavaco:

1. Movimento de corte: movimento entre a peça e a

ferramenta, no qual sem o movimento de avanço, origina uma única retirada do cavaco;

2. Movimento de avanço: movimento entre a peça e a ferramenta que juntamente com movimento de corte origina a retirada contínua de cavaco;

3. Movimento efetivo: movimento resultante dos movimentos de corte e avanço realizado ao mesmo tempo.

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTOS NOS PROCESSOS DE USINAGEM

• Movimentos que não causam saída do cavaco:

1. Movimento de aproximação ou posicionamento;

2. Movimento de profundidade;

3. Movimento de ajuste ou correção;

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTO DE CORTE

• Movimento entre a peça e a ferramenta, o qual sem o

movimento de ação origina somente uma única remoção de cavaco, durante uma volta ou curso

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTO DE AVANÇO

• Movimento entre a peça e a ferramenta, que, juntamente com o movimento de corte, origina um levantamento repetido ou contínuo de cavaco, durante várias revoluções ou cursos

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTO EFETIVO DE CORTE

• Movimento resultante dos movimentos de corte e de avanço, realizados ao mesmo tempo.

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTO DE APROXIMAÇÃO OU POSICIONAMENTO

• Movimento entre a peça e a ferramenta, com o qual a ferramenta, antes da usinagem, é aproximada á peça.

• Exemplo: a broca sendo levada em direção à posição em que vai realizar o furo.

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTO DE PROFUNDIDADE

• Movimento entre a peça e a ferramenta, no qual a espessura da camada de material a ser retirada é determinada de

antemão.

• Exemplo: fixação, no torno, da profundidade a_p da ferramenta.

Conceitos Fundamentais

MOVIMENTO DE AJUSTE OU CORREÇÃO

• Movimento de correção entre a peça e a ferramenta, no qual o desgaste da ferramenta deve ser compensado.

• Exemplo: ajuste para compensar o desgaste do rebolo de retificação.

MOVIMENTO DE RECUO

• Movimento entre a peça e a ferramenta, no qual a ferramenta é afastada da peça.

Conceitos Fundamentais

DIREÇÃO DOS MOVIMENTOS DE CORTE

• Dados os movimentos de corte, temos três direções principais:

1. Direção de corte: direção instantânea do movimento de corte;

2. Direção de avanço: direção instantânea do movimento de avanço;

Conceitos Fundamentais

PERCURSOS

• Dados os movimentos de corte, temos três percursos principais:

1. Percurso de corte (l_c): espaço percorrido sobre a peça pelo ponto de referência da aresta cortante, seguindo a direção de corte.

2. Percurso de avanço (l_f): espaço percorrido sobre a peça pelo ponto de referência da aresta cortante, seguindo a direção de avanço.

3. Percurso efetivo (l_e): espaço percorrido sobre a peça pelo ponto de referência da aresta cortante, seguindo a direção de corte efetiva.

Conceitos Fundamentais

Conceitos Fundamentais

VELOCIDADES

• Dados os movimentos de corte, temos também as três velocidades principais:

1. Velocidade de corte (v_c): velocidade instantânea do ponto de referência da aresta cortante da ferramenta, segundo a direção e sentido do corte;

2. Velocidade de avanço (v_f): velocidade instantânea do ponto de referência da aresta cortante da ferramenta, segundo a direção e sentido do avanço;

3. Velocidade efetiva do movimento de corte (v_e): velocidade instantânea do ponto de referência da aresta cortante da ferramenta, segundo a direção e sentido efetivo do corte.

Conceitos Fundamentais

VELOCIDADES

• Existem também os movimentos, direções e velocidades dos para aproximação (posicionamento), correções (ajustes) e recuos.

Conceitos Fundamentais

VELOCIDADE DE CORTE

• Para processos de torneamento e fresamento, a velocidade de corte v_c é calculada pela equação:

𝑣_𝑐 = 𝜋𝑑𝑛 1000 Onde:

• d = diâmetro da peça (torneamento) ou ferramenta (fresamento) (mm)

Conceitos Fundamentais

VELOCIDADE DE CORTE

• Para processos de com movimento retilíneo (aplainamento) a velocidade de corte v_c é calculada pela equação:

𝑣_𝑐 = 2. 𝑐. 𝑔𝑝𝑚 1000 Onde:

• c = percurso da ferramenta (fresamento) (mm)

Conceitos Fundamentais

VELOCIDADE DE CORTE

• A velocidade de corte é um dos parâmetros mais importantes da usinagem, e influencia diretamente na vida da ferramenta.

• Fatores que influenciam na velocidade de corte:

1. Tipo de material da ferramenta;

2. Tipo de material a ser usinado;

3. Condições de refrigeração;

4. Condições da máquina.

• Maior velocidade corte = maior temperatura = menor vida útil.

• Menor velocidade corte = problemas de acabamento e de produtividade.

Conceitos Fundamentais

VELOCIDADE DE AVANÇO

• A velocidade de avanço v_f é calculada pela equação: 𝑣_𝑓 = 𝑓. 𝑛 = 1000. 𝑣𝑐. 𝑓

𝜋. 𝑑 Onde:

• f = percurso de avanço em cada volta (mm/volta) ou em cada curso da ferramenta (mm/golpe)

• n = rotação da peça ou ferramenta (rpm) ou golpes por minuto (gpm)

• Este é o parâmetro mais influente na qualidade de acabamento superficial da peça.

Conceitos Fundamentais

AVANÇO

• O avanço (f) é o percurso de avanço em cada volta ou curso.

• Para ferramentas multicortantes (fresas), distingue-se o avanço por dente (f_z) e o valor de f = f_z.z (z = número de dentes).

• Geralmente, a velocidade de avanço é menor do que a velocidade de corte. A exceção se dá em processos de roscamento.

Conceitos Fundamentais

AVANÇO

Conceitos Fundamentais

AVANÇO

Conceitos Fundamentais

PROFUNDIDADE OU LARGURA DE CORTE

• É a profundidade (a_p) ou largura de penetração da aresta

principal de corte, medida numa direção PERPENDICULAR AO PLANO DE TRABALHO.

a_p

Conceitos Fundamentais

ESPESSURA DE PENETRAÇÃO DE CORTE

• A espessura de penetração (a_e) é a penetração da ferramenta em relação à peça, medida NO PLANO DE TRABALHO e numa direção PERPENDICULAR À DIREÇÃO DO AVANÇO. Muito

importante em fresamento e retificação.

a_p

Conceitos Fundamentais

PENETRAÇÃO DE AVANÇO

• A penetração de avanço (a_f) é a penetração da ferramenta em relação à peça, medida NO PLANO DE TRABALHO e NA

DIREÇÃO DO AVANÇO.

a_f

a_p

Conceitos Fundamentais

FORÇAS DE USINAGEM

• Durante a usinagem de um material, os movimentos e as direções de corte e avanço resultam em forças, uma vez que ferramenta e material atuam em direções opostas.

• Assim, pela lei de ação e reação, a ferramenta exerce uma força na direção da peça, e a peça exerce uma força igual e contrária na ferramenta.

Conceitos Fundamentais

FORÇAS DE USINAGEM

• O conhecimento da força de usinagem F_U e suas componentes são base para:

1. projeto de uma máquina ferramenta (dimensionamento das estruturas, acionamentos, fixações, etc.);

2. determinação das condições de corte em condições de trabalho;

3. avaliação da precisão de uma máquina ferramenta, em certas condições de trabalho (deformação da ferramenta, máquina e peça);

4. explicação de mecanismos de desgaste.

• A força de usinagem também é um critério para determinação da usinabilidade de um determinado material de peça.

Conceitos Fundamentais

FORÇAS DE USINAGEM

• As forças de usinagem são:

• Força ativa F_t: oposta à direção do movimento efetivo;

• Força de corte F_c: oposta à direção do movimento de corte;

• Força de avanço F_f: oposta à direção do movimento de avanço;

• Força de apoio F_ap: oposta à força de suporte da ferramenta;

• Força de usinagem F_U: somatório das forças acima.

• Força passiva F_p: projeção de Fu perpendicular ao plano de trabalho;

• F_U é a força que a PEÇA exerce sobre a FERRAMENTA. A força da ferramenta sobre a peça é igual e oposta, denominada F_U’. Sendo assim, podemos dizer que F_U+F_U’=0.

Conceitos Fundamentais

FORÇAS DE USINAGEM

• Fatores que influenciam a força de corte:

1. Material da peça (maior teor de carbono, maior a força);

2. Material da ferramenta (atua na interface cavaco ferramenta, influenciando no coeficiente de atrito, atuando na força passiva e de avanço e quanto maior a condutividade térmica da ferramenta, maior a força de corte);

3. Velocidade de corte (maior velocidade, maior temperatura, menor resistência);

4. Avanço e profundidade de corte (maior avanço e profundidade, maior o esforço da ferramenta, maiores as forças envolvidas);

5. Geometria da ferramenta (ângulos de saída γ e de inclinação λ lateral );

6. Estado de afiação da ferramenta (arestas desgastadas geram maiores esforços);

7. Uso de fluido de corte (características lubrificantes e refrigerantes).

Conceitos Fundamentais

POTÊNCIA DE CORTE

• A partir da força de corte F_c, podemos determinar a potência de usinagem necessária.

• A potência de corte P_c é a potência disponível no gume da

ferramenta e consumida na operação de remoção de cavacos. É ela que interessa no cálculo de forças e pressões específicas de corte.

• Para processos de torneamento, pode-se relacionar a força de corte com a seção de usinagem:

𝐹_𝑐 = 𝑘_𝑐. 𝐴 = 𝑘_𝑐. 𝑎_𝑝. 𝑓 Onde:

k_c = pressão específica de corte [N/mm²] (valores tabelados segundo norma AWF-158);

A = seção de corte [mm²]; f = avanço [mm/rot];

Conceitos Fundamentais

Conceitos Fundamentais

Conceitos Fundamentais

Conceitos Fundamentais

POTÊNCIA DE CORTE

• Para processos de torneamento, a potência de corte é: 𝑃_𝑐 = 𝑓𝑐.𝑣𝑐

60.103

Onde a força é dada em N e a velocidade em m/min, resultando na potência em kW.

Conceitos Fundamentais

POTÊNCIAS DE ACIONAMENTO

• A potência de acionamento P_a é a potência fornecida pelo motor à máquina-ferramenta.

• Ela difere da potência de corte pelas perdas que ocorrem por atrito nos mancais, engrenagens, sistemas de lubrificação e refrigeração, sistema de avanço, etc.

• A potência de avanço, embora seja uma parcela utilizada na operação de corte, é muito pequena em relação à potência de corte, sendo mais prático reuni-la no grupo das “perdas”.

• Esta potência é calculada por:

𝑃_𝑎 = _60.10𝑓𝑓.𝑣𝑓₆

Onde a força é dada em N e a velocidade em mm/min, resultando na potência em kW.

Conceitos Fundamentais

POTÊNCIAS EM VAZIO

• A potência em vazio P_o é a potência consumida pela máquina-ferramenta ligada, com o mecanismo de avanço funcionando, porém sem que tenha lugar qualquer operação de corte.

• O rendimento da máquina é dado por: η = 𝑃𝑐_𝑃.100

𝑎 =

𝑃_𝑎−𝑃_𝑜 𝑃_𝑎

• Normalmente, o rendimento gira entre 60 a 80% para máquinas convencionais e 90¢ para máquinas CNC.

POTÊNCIA FORNECIDA PELO MOTOR 𝑃_𝑚 = 𝑃𝑐

Conceitos Fundamentais

POTÊNCIA DE CORTE

• Generalizando, a potência de corte pode ser calculada a partir da seguinte equação: 𝑃_𝑐 = 𝐹𝑐.𝑣𝑐 60.103 = 𝑘_𝑐.𝐴.𝑣_𝑐 60.103 = 𝑘_𝑐.𝑎_𝑝.𝑓.𝑣_𝑐 60.103 Onde:

P_c = potência de corte necessária no gume da ferramenta [kW]; F_c = força de corte [N];

k_c = pressão específica de corte [N/mm²]; A = seção de corte [mm²];

A.v_c = volume de cavacos produzidos por unidade de tempo [mm³/min];

A_p = profundidade de corte [mm]; f = avanço [mm/rot];

Exercício

POTÊNCIA DE CORTE

• Determinar a potência do motor de um torno universal que deve fazer um torneamento cilíndrico em uma barra de aço ABNT 1060 com diâmetro 50 mm.

• Parâmetros de corte: v_c = 110 m/min, ap = 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%.