Curso: Usinagem Básica
Ênfase: Torneamento e fresamento
Prof. Me. Eduardo S. Lisboa Prof. Dr. Marcelo N. Capuano
Prof. Me Oswaldo Tadami Publicado em: www1.fatecsp.br/Lisboa
apostilas Jan/2019
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Compreender como o processo de fabricação influencia na qualidade final e no preço do produto (avaliar: rolo de moenda, relógio, cadeira, celular, carro, navio, avião, sapato e computador) e/ou serve para medir a condição econômica de um país;
Avaliar as aplicações dos diferentes processos de fabricação e os possíveis empregos conjuntos (projeto x custo x produtividade x mão de obra x cliente);
Compreender os limitantes na relação material x processos de fabricação
“transformação” (estrutura bruta de fusão, zona termicamente afetada, grua de deformação mecânica, meio – rugosidade x formação de bactérias “indústria alimentícia” e pH x resistência à corrosão);
Entender os motivos da relação processo(s) de fabricação x critérios de segurança vida em serviço (programação de “parada” de uma planta industrial e normas regulamentadoras).
Quais as necessidades de se estudar os processos de fabricação dos metais?
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
O que um bom processo de “manufatura” deve considerar?
Taxa de produção (matéria prima fluindo através da linha de produção – unidades/h; unidades/dia; unidades/ano) – produto continuo ou discreto?!;
Tempo (tempo destinado ao recebimento da matéria prima, tempo de produção do bem x tempo de produção de cada subcomponente – carro, parafuso, navio);
Custo (matéria prima, mão de obra, ferramenta, equipamentos, transporte, impostos, outros – torno mecânico x CNC, aço carbono x aço inox, outros);
Qualidade (nível de desvio aceito em relação ao projetado – tolerância).
O curso abordará:
•Usinagem convencional, com ênfase em torneamento
fresamento
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Quais as motivações para estudar os processos de fabricação dos metais?
Número de peças que
constituem alguns produtos:
Avião 747 > 6.000.000
Parafuso, colher e clip 1
Carro 15.000
Grampeador = 20
80% dos furos são feitos por usinagem
100% dos processos de melhoria da qualidade superficial são feitos por usdinagem
O comercio de máquinas ferramentas representa uma grande fatia da riqueza mundial
70% das engrenqagens de potência são usinadas
90% do produtos da indústria aeroespacial
100% dos pinos medico-odontológicos
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Conceitos
Origem do termo “manufatura”: manus (mão) e factus (feito)
processo de fabricação são as operações empregadas para dar a forma desejada ao componente e/ou conjunto montado (envolvimento de diferentes fenômenos físicos:
fusão, solidificação, remoção de material, deformação plástica, difusão, outros) Bernardini (2008). São métodos pelos quais um determinado material é “manufaturado” em componentes que incorporarão um produto “utilizável”.
Fonte: Callister (2001).
Usinagem: Processo de fabricação com remoção de material na forma de cavaco, com objetivo de dar forma ao produto.
Cavaco: Subproduto indesejável da usinagem, em forma de partículas que se desagregam por força de cisalhamento.
O PROCESSO DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM
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USINAGEM:
VANTAGEM: FABRICAÇÃO DE PRODUTOS COM GEOMETRIA COMPLEXA, ALTO GRAU DE ACABAMENTO SUPERFICIAL E POSSIBILIDADE DE TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS PEQUENAS.
DESVANTAGEM: EM GERAL É UM PROCESSO DEMORADO COM ALTO CUSTO AGREGADO.
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
O profissional responsável deve ter, portanto:
- Amplos conhecimentos dos processos e dos materiais envolvidos;
- A fabricação de um produto, seja ele um eixo, uma engrenagem ou um automóvel, além de conhecimentos de projeto, materiais e processos, requer também grande interação entre os diversos departamentos da empresa.
•Vendas
•Orçamentos/custos
•Processos
•Fábrica
Preço/Prazo
Tempos/Capacidade
Recursos, Máquinas, ferramentas
Nosso curso
PROBLEMA CONTEXTUAL: PARA QUE SERVE ESTUDAR USINAGEM
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No Processo de Fabricação determinamos:
•Qual a melhor seqüência de Máquinas, dispositivos de fixação, Fases, Operações, Ferramentas, Métodos de Controle Dimensional e parâmetros de usinagem para a fabricação de um determinado produto com precisão, rapidez e baixo custo.
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Denominamos:
1. OPERAÇÃO: a todo o conjunto de tarefas executadas em uma determinada peça DESDE QUE essa peça esteja fixada ATRAVÉS DE UM DISPOSITIVO em uma máquina.
2. FASE DE UMA OPERAÇÃO: a toda tarefa executada por UMA FERRAMENTA em uma ou mais superfícies da peça.
3. FOLHA DE OPERAÇÃO ou PROCESSOS: é o documento utilizado para definir e anotar as informações referentes às operações e fases para fabricação de uma peça.
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
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Denominamos:
Hipóteses simplificadoras:
• O DISPOSITIVO SERÁ SEMPRE FIXADO à máquina e não se move.
• As FERRAMENTAS serão fixadas na máquina através de suportes ou meios de fixação da própria máquina (cone morse ou sistemas de fixação rápida).
• Por definição a ferramenta avança (na fresadora por exemplo é o contrario)
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Principais processos abordados no curso
• Torneamento
• Mandrilamento
• Roscamento
• Ranhuramento
• Furação
• Alargamento
• Fresamento
• Retificação
• Brochamento
Processos Torneamento
• Operação em que a peça gira em torno do
seu eixo e a ferramenta penetra em um
plano com avanço cte, objetivando uma
geometria rotacional com superfície
uniforme, gerada pela trajetória da
ferramenta.
Processos Torneamento
Processos Mandrilamento
• Operação em que a
ferramenta gira em torno do
seu eixo e penetra em um
movimento helicoidal com
avanço cte, objetivando uma
geometria rotacional com
superfície uniforme.
Processos Mandrilamento
Processos Roscamento
• Operação em que a peça gira em torno do seu eixo e
a ferramenta penetra em um plano, com avanço cte
perfilando uma geometria normalizada, copiada do
formato da ferramenta ou desenvolvida pela trajetória
da mesma
Processos ranhuramento
• Operação em que a peça gira em torno do seu eixo e
a ferramenta penetra gerando um canal desenvolvido
pela trajetória da mesma
Processos Furação
Operação em que há giro entre ferramenta e peça e
esta penetra com
deslocamentos linear,
gerando furos.
Processos Furação
Processos Alargamento
• Operação em que há giro entre ferramenta e peça e
esta penetra com deslocamentos linear, alargando e
calibrando os furos.
Processos Fresamento
• Operação em que a ferramenta gira em torno do seu eixo e penetra com deslocamentos em X, Y e Z, em algumas máquinas simultaneamente (interpolados), gerando cavidades, canais ou rebaixos pela geometria da ferramenta e trajetória da mesma.
6 graus de liberdade
no Plano cartesiano
Processos
Fresamento
Processos
Fresamento
Processos Retificação
• Processo, em que uma ferramenta abrasiva gira
usinando superfícies, em geral endurecidas,
objetivando pequenas tolerâncias: dimensional,
geométrica e rugosidade.
• Operação em que uma ferramenta se desloca em movimento linear ou helicoidal copiando o perfil desta na peça
Processos brochamento
Ordem de grandeza
de rugosidade
superficial esperada
pelos processos
Evolução da precisão da usinagem
Lisboa 29
• Geometria de ferramentas
• movimentos e relações de usinagem
• Classificação ISO de materiais
• materiais para ferramentas
Nomenclatura das partes principais de uma ferramenta monocortante
Superfície por onde escoa o cavaco
Superfície defronte a região em usinagem Intersecção
entre aresta primária e secundária de corte
Superfície defronte a região já usinada
Formada pelas superfícies de saída e principal de folga, que geram a cunha cortante,
penetrando no material afim de cisalhá-lo
Formada pelas
superfícies
de saída e
secundária
de folga,
defronte a
superfície já
usinada
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Abordagem simplificada da geometria da cunha cortante
Admitindo-se que a direção de corte seja simultaneamente tangente a aresta de corte e a superfície cilíndrica da peça e que velocidade de corte esteja alinhada a esta, partindo de um ponto de corte escolhido ao longo da aresta cortante, excetuando-se os extremos, temos a referência para iniciar a conceituação de planos de uma ferramenta
Vc
Contêm o vetor vc e vf
SISTEMA DE REFERÊNCIA DA FERRAMENTA: 4 Principais planos (7 ângulos) 1. Plano de referência da ferramenta: é o plano perpendicular à direção
admitida de corte [Pr]
2. Plano de corte da ferramenta: é o plano perpendicular ao plano de referência que é tangente ou contém a aresta de corte da ferramenta 3. Plano ortogonal da ferramenta: é o plano ortogonal aos planos de [Ps]
referência e de corte da ferramenta [Po]
4. Plano admitido de trabalho: é o plano perpendicular ao plano de referência da ferramenta, definido pelas direções de avanço e de velocidade de corte [Pt]
Obs – Todos os planos passam pelo ponto de corte escolhido
Normas que tratam da geometria da cunha de corte de ferramentas de usinagem
NBR 6163 - DIN 6581 - ISO 13399
Existem dois sistemas para definir a geometria da ferramenta:
• Sistema de referência da ferramenta (estático)
• Sistema efetivo de referência (dinâmico)
Iniciaremos os estudos com o sistema de Referência da
ferramenta, por questões didáticas e oportunamente será
tratado o outro sistema.
Vc
Obs – todos os planos são perpendiculares ao Pr, e este, justificando o nome, é referência aos demais
A Vc é perpendicular
ao plano de
referência e passa pelo pto de corte escolhido
Plano ortogonal PLANO
DE REFERÊNCIA
Ângulos medidos no plano de referência [Pr]
• Ângulo primário de posição (
r): é o ângulo entre o plano de corte e o plano de trabalho, medido no plano de referência. O ângulo de posição é sempre
• Ângulo de posição da aresta secundária (
r’): é o ângulo entre o plano de corte secundário e o plano de trabalho.
• Ângulo de ponta (
r): é o ângulo entre os planos de corte a direção de avanço.
r + r + r ’ = 180
Plano ortogonal
Vf
Definir:
r = ____
r = ____
r’ = ____
ap = ____
D diâmetro inicial = 80 mm
d diâmetro final = 60 mm
Única passada
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Definir:
r = 95
r = 80
r’ = 5
ap = (80-60)/2 = 10 mm
37
Definir:
r = ____
r = ____
r’ = ____
ap = ____
Largura do rasgo = 4 mm
D diâmetro inicial = 70 mm
d diâmetro final = 46 mm
38
Definir:
r = 90
r = 85
r’ = 5
ap = largura do
bedâme = 4 mm
39
Definir:
r = ____
r = ____
r’ = ____
ap = ____
Rosca sistema inglês
40
Definir:
r = 62,5
r = 55
r’ = 62,5
ap =
incremento
por passada
41
Definir:
r = ____
r = ____
r’ = ____
ap = ____
Sobremetal para facear = 0,2 mm
42
Definir:
r = 5
r = 80
r’ = 95
ap = 0,2 mm
43
Ângulos medidos no plano de corte [Ps]
Plano ortogonal
Corte = Schnitt (alemão)
Plano ortogonal
Ângulo de Inclinação
s:
ângulo de inclinação
determina a direção de
saída do cavaco.
Ângulos medidos no plano ortogonal [Po]
4
• Ângulo de Folga
o: também é chamado de ângulo de incidência, é o ângulo entre a superfície de folga e o plano de corte, medido no plano de medida da cunha cortante.
• Ângulo de Cunha
o: é o ângulo entre a superfície de folga e a superfície de saída, medido no plano de medida da cunha cortante.
• Ângulo de Saída
o: é o ângulo entre a superfície de saída e o plano de referência, medido no plano de medida da cunha cortante.
o + o + o = 90
Plano ortogonal
P A S T I L H A S N E U T R A S/ NEGATIVAS
•
Normalmente são pastilhas bifaciais
•
São identificáveis por ter dimensões das faces iguais
•
O ângulo de cunha é robusto, indicado para operações severas
•
Consomem maior potência que as pastilhas positivas, o que requer máquinas mais rígidas e potentes
•
São montadas em porta-ferramentas negativos com ângulo de folga positivo
P A S T I L H A S P O S I T I V A S (+)
•
São pastilhas de face única
•
A face superior é maior que a inferior;
•
São mais frágeis (que as negativas);
•
O ângulo de cunha é menor;
•
Consomem menos potência;
•
Geram esforços de corte bem menores;
•
São montadas em porta-ferramentas positivos
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Influência do o
Principais ângulos que compõem uma ferramenta
monocortante
v f
E ps olo n
v f
Kapa' Kapa
alpha gama
b eta
P s
P s
P o P o
V is ta de "A "
" A " lâ m
b id a
P r
é consequência
r’ é consequência
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Movimentos de usinagem
Os movimentos no processo de usinagem são relativos entre a aresta de corte e a peça, considerando-se, para um melhor entendimento do processo, sempre a peça parada e todo o movimento acontecendo com a ferramenta. Os movimentos podem ser ativos ou passivos
Movimentos ativos responsáveis pela remoção do material), e são:
• Movimento efetivo – movimento entre a aresta e corte e a peça, do qual resulta o processo de usinagem. Quando o movimento de corte e o movimento de avanço (a serem definidos logo abaixo) acontecem simultaneamente, o movimento efetivo é o resultante destes dois e quando isto não acontece, o movimento efetivo é idêntico ao movimento de corte.
• Movimento de corte – movimento entre a aresta de corte e a peça, o qual sem o movimento de avanço, origina somente uma única remoção de cavaco, durante uma rotação ou um curso (Figuras de l a 3).
• Movimento de avanço – movimento entre a aresta de corte e a peça que, juntamente
com o movimento de corte, possibilita uma remoção contínua ou repetida do cavaco,
durante várias rotações ou cursos. Pode ser continuo (torneamento, furação ou repetido
(aplainamento).
Movimentos de usinagem
Os movimentos passivos são:
• Movimento de ajuste – movimento entre a aresta de corte e a peça, no qual é pré-determinada a espessura da camada de material a ser removida. Nos processos de sangramento, furação e brochamento este movimento não acontece.
• Movimento de correção – movimento entre a aresta de corte e a peça, para compensar alterações devidas, por exemplo, ao desgaste da ferramenta, variações de posição originadas termicamente, etc.
• Movimento de aproximação - movimento entre a aresta de corte e a peça, com o qual a ferramenta antes da usinagem é aproximada à peça.
• Movimento de recuo – movimento entre a aresta de corte e a
peça, com o qual a ferramenta, após a usinagem, é afastada da
peça.
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r= ângulo de posição
ap = profundidade de usinagem f = avaço por unidade de volta h = espessura de usinagem b = largura de usinagem
S = área da secção transversal do cavaco
ap = profundidade de penetração da ferramenta na peça, medida em uma direção
perpendicular ao plano de trabalho.
Relações de usinagem
Plano de referência
Área de corte
Ac = b . h ou
Ac = f . ap
Relações de usinagem
Cabem aqui algumas considerações sobre as velocidades de corte e avanço e sobre o tempo de corte:
Velocidade de corte – o movimento de corte é conseguido através da rotação da peça (em operações como o torneamento, por exemplo) ou, ainda, através de um movimento retilíneo da ferramenta c/ou da peça (aplainamento). Para os casos em que o movimento é resultado da rotação da ferramenta ou da peça, a velocidade de corte será dada por:
Velocidade de avanço - ao movimento de avanço está associada à velocidade de avanço. Esta é dada por: nfv f ⋅ = Sendo vf [mm/min] e n [rpm].
Tempo de corte – aos movimentos de corte e de avanço encontra-se associado ao tempo de
corte, o qual é dado por:
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O avanço (f) é a distância percorrida pela ferramenta por revolução da peça, a profundidade (ap) éa espessura ou profundidade de penetração da ferramenta medida perpendicularmente ao plano de trabalho, que é definido pelas direções de avanço e a velocidade de corte da ferramenta. A taxa de remoção de materiais Q é definida a partir desses 3 parâmetros
TAXA DE REMOÇÃO DE MATERIAL
Relações de usinagem
Vc . f . ap [m 3 / min
I
SO P – Aço é o maior grupo de materiais na área de usinagem de metal, variando de material sem liga a material de alta-liga, incluindo fundidos de aços e aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos. A
usinabilidade é normalmente boa, porém difere muito dependendo da dureza do material, do teor de carbono, etc.
ISO M – Aços inoxidáveis são materiais com liga com um mínimo de 12% de cromo; outras ligas podem incluir níquel e molibdénio. Condições diferentes, como ferrítico, martensítico, austenítico e austenítico- ferrítico (duplex), criam uma grande família. O ponto comum entre todos estes tipos é que as arestas de corte são expostas a uma grande quantidade de calor, desgaste tipo entalhe e aresta postiça.
ISO K – Ferro fundido é, diferentemente do aço, um tipo de material de cavacos curtos. Ferros fundidos cinzentos (GCI) e ferro fundido maleável (MCI) são consideravelmente fáceis de usinar, enquanto que os ferros fundidos nodulares (NCI), ferros fundidos vermiculares (CGI) e ferros fundidos austemperados (ADI) são mais difíceis. Todos os ferros fundidos
contêm SiC, um abrasivo para a aresta de corte.
ISO N – Metais não ferrosos são metais mais macios, como alumínio, cobre, latão etc. Alumínio com teor de Si de 13% é muito abrasivo. Geralmente, velocidades de corte muito altas e longa vida útil da
ferramenta podem ser esperadas destas pastilhas com arestas de corte vivas.
– Superligas resistentes ao calor incluem uma variedade de materiais à base de ferro de alta liga, níquel, cobalto e titânio. Eles são pastosos, criam aresta postiça, endurecem durante o trabalho
(endurecido por trabalho), e geram calor. Eles são muito semelhantes à área ISO M, mas são muito mais difíceis de cortar e reduzem a vida útil das arestas da pastilha.
ISO H – Este grupo inclui aços com uma dureza entre 45-65 HRc e também ferro fundido coquilhado em torno de 400- 600 HB. A dureza os torna difíceis de usinar. Os materiais geram calor durante o corte e são muito abrasivos para a aresta de corte.
Classificação ISO de Materiais
ISO S
• Resistência à compressão
• Resistência à flexão
• Resistência interna de ligação
• Resistência a quente
• Resistência à oxidação
• Pequena tendência à fusão e caldeamento
• Condutibilidade térmica, calor específico e expansão térmica
• Elevada dureza a frio e a quente. É a resistência oferecida pelo material à penetração, ao desgaste, e ao atrito.
• Tenacidade - É a capacidade que o material tem de absorver energia (deformar-se) até fraturar-se, incluindo a deformação plástica.
• Resistência ao desgaste por abrasão
• Estabilidade química
• Custo e facilidade de obtenção.
Requisitos desejáveis para um material de corte
Nenhum material de ferramenta possui
todas estas
características
• Aço ferramenta (1868)
• Aço rápido (1900)
• Ligas fundidas (1922)
• Metal duro (1926)
• Cermet
• Cerâmicas (1938)
• Nitreto de boro cúbico (anos 50)
• Diamante mono e policristalino (anos 70)
Principais materiais usados para ferramenta de corte
Material Custo relativo da ferramenta
(US$)
Custo de usinagem (US$/pol
3)
Aço carbono 0,10 0,25
Aço rápido 0,50 0,13
Liga fundida 2,00 0,06
Metal duro 5,25 0,04
Material cerâmico 12,00 0,02
Características dos materiais de ferramenta
de corte
Dureza Hv
Stellite 900
Cerâmica 2500
CBN 4500
Diamante 7500 a 9000
1000HSS
Relação Dureza, tenacidade e temperatura
MD s/c 1500
Em geral
Comparação entre os materiais de ferramentas
Diamante natural
Tenacidade
é a energia mecânica, ou seja, o impacto
necessário para levar um material à ruptura
Aço Ferramenta
• baixo custo do material
• facilidade de obtenção de arestas vivas
• tratamento térmico simples
•
elevada dureza e resistência ao desgaste ( se Temp.
superior a 250 ° C.) Comum: até 200 ° C (limas, machos manuais)
•
Com elementos de liga (V, Cr, Mo e W): até 400 ° C (brocas, machos, etc.) utilizados em baixíssimos vc
• O material possui em sua composição 0.8 a 1.5% de carbono.
Foi o único aço empregado na confecção de ferramentas de
corte até 1900. Após o surgimento do aço rápido, seu uso
reduziu-se a aplicações secundárias, tais como reparos, uso
doméstico e de lazer, ferramentas usadas uma única vez ou
para fabricação de poucas peças e para ferramenta de forma.
Aço Rápido (HSS – Hight Speed Steel)
• Desenvolvido pelo norte-americano Frederick Taylor, foi apresentado publicamente em 1900 na Exposição Mundial de Paris. Sua composição original era feita de tungstênio, cromo e vanádio como elementos básicos de liga e uma pequena quantidade de manganês para evitar a fragilidade. Mas em 1942, devido a escassez de tungstênio provocada pela guerra, este elemento foi substituído pelo molibdênio.
• A temperatura de trabalho deste material tem limite entre 520° e 600°C. Apesar de ter maior resistência a brasão que o aço ferramenta, seu preço é mais elevado e o tratamento térmico complexo.
• Quando o aço rápido é produzido com Cobalto é denominado aço super-rápido. Entre suas principais características estão maior dureza a quente, maior resistência ao desgaste e menor tenacidade.
• Quando com revestimento TiN, é caracterizado pela redução do desgaste na face e no flanco da ferramenta, proteção do metal de base contra altas temperaturas pelo baixo coeficiente de transmissão de calor do TiN, baixo atrito e por não ter formação de gume postiço.
• Sua aparência dourada é devido ao processo PVD (Deposição física de vapor) utilizado
para aplicar o revestimento de Tin.
Ligas Fundidas
Desenvolvidas por Elwood Haynes, em 1922, tem na composição tungstênio, cromo e vanádio. No lugar de tungstênio ainda é possível utilizar, em partes, manganês, molibdênio, vanádio, titânio e tântalo e no lugar do níquel, o cobalto.
Tem elevada resistência a quente,
temperatura de trabalho limite entre 700° a
800°C e qualidade intermediária entre o aço
rápido e o metal duro.
Metal Duro
Os Carbonetos sinterizados surgiram em 1927, com o nome de Widia (wie diamant - como diamante em alemão). Inicialmente, sua composição era 81% de tungstênio, 6% de carbono e 13% de cobalto, entre suas características estão elevada dureza, elevada resistência à compressão, elevada resistência ao desgaste, possibilidade de obter propriedades distintas nos metais duros pela mudança específica dos carbonetos e das proporções do ligante e controle sobre a distribuição da estrutura.
composto de carbonetos e cobalto, responsáveis pela dureza e tenacidade, respectivamente.
tamanho das partículas varia entre 1 e 10 microns e compreende geralmente 60 à 95% da porção de volume.
As primeiras ferramentas compostas unicamente de carbonetos de tungstênio(WC) e cobalto eram adequadas para a usinagem de ferro fundido, porém durante a usinagem do aço havia formação de cratera na face da ferramenta devido a fenômenos de difusão e dissolução ocorridos entre o cavaco da peça e a face. Para solucionar tais problemas, acrescentou-se outros carbonetos (TiC, TaC e NbC).
Com a adição de TiC (Carbonetos de Titânio), o material adquiri pouca tendência à difusão, resultando na alta resistência dos metais duros e redução da resistência interna e dos cantos.
com TaC (Carbonetos de Tântalo) e NbC (Carboneto de Nióbio) em pequenas quantidades
diminuem o tamanho dos grãos, melhorando a tenacidade e a resistência dos cantos.
Cermet
• O Cermet é um composto formado por cerâmica e metal (de onde origina o nome).
Quase tão antigo quanto o metal duro à base de tungstênio/cobalto, o cermet é à base de titânio. Durante a década de 1930, os primeiros (Ti/Ni) eram muito frágeis e pouco resistentes à deformação plástica.
• Durante os anos quarenta e cinquenta, o metal duro WC-Co se desenvolveu consideravelmente, com grandes avanços em melhoria da performance. Enquanto isso, os cermets avançaram marginalmente com a adição de materiais, provavelmente pelo modo de tentativa e erro, e com o aprimoramento da tecnologia de sinterização.
• Este material tem baixa tendência a formação de aresta postiça, boa resistência a
corrosão, boa resistência ao desgaste, resistência a temperatura elevada e alta
estabilidade química.
Cerâmica
Hoje encontramos dois tipos básicos de cerâmica: a base de óxido de alumínio e base de nitreto de silício.
As principais características da cerâmica são a alta dureza à quente (1600°C), a não reação química com o aço, maior vida-útil da ferramenta, uso com alta velocidade de corte e a não formação de aresta postiça.
No caso da cerâmica não metálica, em relação ao aço, tem 1/3 da densidade, alta resistência a compressão, muito quebradiça, módulo de elasticidade cerca de 2 vezes maior, baixa condutividade térmica, velocidade de 4 à 5 vezes a do metal duro e baixa deformação plástica.
A cerâmica deve ser utilizada na usinagem a seco para evitar choque térmico e deve-se evitar também cortes interrompidos. Não podem ser usinados materiais como o alumínio, ligas de titânio e materiais resistentes ao calor, pela tendência de reagir químicamente devido a altas temperaturas, e magnésio, berílio e zircônio, por inflamarem na temperatura de trabalho da cerâmica.
Material de corte Tenacidade de ruptura - KIC[MPa .m1/2]
Al2O3+ ZrO2- Cerâmica Óxida 5,3
Al2O3+ TiC - Cerâmica Mista 4,5
Si3N4- Nitreto de Silício 7,0
PCBN - (90 a 95 % CBN) [Wise, Mark; 1992] 10
20 % de HBN + 80 % de CBN [Wentorf, R.H.; 1980] 22
Nitretos de boros cúbicos cristalinos (CBN e PCBN)
Introduzido nos anos 50 e mais largamente nos anos 80, devido a exigência de alta estabilidade e potência da máquina-ferramenta.
São mais estáveis que o diamante, especialmente contra a oxidação, possuem dureza elevada, alta resistência à quente, excelente resistência ao desgaste e oferecem qualidade superficial da peça usinada. No entanto, ainda são caros e relativamente quebradiços. Seu uso envolve elevada força de corte devido a necessidade de geometria negativa, alta fricção durante a usinagem e resistência do material da peça.
Sua aplicação é recomendada para usinagem de aços duros, desbaste e acabamento, cortes severos e interrompidos, peças fundidas e forjadas, peças de ferro fundido coquilhado, usinagem de aços forjados, componentes com superfície endurecida, ligas de alta resistência a quente(heat resistant alloys) e materiais duros (98HRC). Quanto mais macio (soft) for o componente, maior será o desgaste da ferramenta.
Os cristais de boro cúbico são ligados por cerâmica ou ligante metálico através de altas pressões e
temperatura. As partículas orientadas a esmo conferem uma densa estrutura policristalina similar a
do diamante sintético. As propriedades do CBN podem ser alteradas através do tamanho do grão,
teor e tipo de ligante.
Diamante
Existem dois tipos de diamantes para ferramentas de corte, os monocristalino e os policristalino.
monocristalino - São os materiais que apresentam maior dureza, empregados normalmente em usinagem de ligas de metais, latão, bronze, borracha, vidro, plástico, entre outros. Velocidade entre 100 e 3 mil m/min, avanço de 0,002 a 0,06 mm e profundidade de 0,01 a 1,0 mm. São aplicados na usinagem fina, pois é o único material para ferramenta de corte que permite graus de afiação do gume até quase o nível de um raio atômico de carbono. É altamente recomendado, também, para usinagem onde é exigido ferramentas com alta dureza, como furação de poços de petróleo, por exemplo
As ferramentas de diamante não podem ser usadas na usinagem de materiais ferrosos devido a afinidade do carbono com o ferro e nem em processos com temperaturas acima de 900°C devido a grafitização do diamante.
Já o diamante policristalino é um material sintético obtido em condições de extrema pressão e
temperatura, com propriedades semelhantes ao encontrado no diamante natural, porém mais
homogênio. São usados na usinagem de materiais não ferrosos e sintéticos.
Esforços de corte
Cavalo vapor [ c.v.]
Horse Power ou
[ hp]?
Uma breve história das máquinas térmicas
Eolípila, ou simplesmente máquina de Heron n Grécia, século I a.C.
Em 1629, Giovanni Branca publica o “Manuale d'Architettura” registra um aparelho que consistia de uma vasilha com um cano aberto para saída de vapor, preenchida com água e posta ao fogo e o vapor gerado que escapava servia para mover uma roda com pás.
Denis Papin em 1690, utiliza vapor para impulsionar um
mecanismo com
êmbolo e cilindro.
Uma breve história das máquinas térmicas
1698, Thomas Savery, um . militar inglês patenteou máquina a vapor que visava retirar água dos poços minas de carvão, eventualmente explodia devido ao vapor em alta pressão.
Por volta de 1712, o inglês Thomas Newcomen, aperfeiçoando as máquinas de Savery e Papin, idealizou uma nova máquina térmica, cuja maior diferença foi uma viga que lembra uma gangorra e poderia ser utilizada em minas profundas com menor risco de explosões
Em 1765, James Watt, elaborou máquina com um condensador
minimizava as perdas de calor, fazendo com que o consumo de carvão fosse
vezes menor.
controlador centrífugo [Watt]
Histórico – Horse Power [hp]
Esta unidade de medida nasceu no mundo anglofônico, quando o cientista escocês James Watt no começo dos anos 1780, com sua máquina a vapor, que usava 75%
menos combustível que as máquinas a vapor da época precisou expressar equivalência de força desta, de uma forma que convencesse as pessoas a comprar invenção. Na época usava-se o trabalho de cavalos para mover
moinhos, na ausência de ventos.
Em 1782 o mundo ainda não conhecia o sistema métrico, criado na França em 1799.
Anglofonia é o conjunto
de identidades
culturais existentes em países falantes da língua inglesa. Em verde, países onde o inglês é hoje a língua oficial.
James Watt (Greenock, Escócia, 19
de Janeiro de 1736 — Heathfield
Hall, Inglaterra, 25 de
Agosto de 1819)
Verificou se um cavalo podia levantar 33000 lb de água a uma altura de um pé em um minuto o mesmo aconteceria com tantos cavalos para substituir o trabalho de suas maquinas. Assim nasceu a unidade de medida , termo inglês que literalmente significa força de cavalo.
O hp (horse-power em inglês) é uma unidade de origem inglesa.
Fora dos países de língua inglesa, criou-se a unidade de medida cv (cavalo-vapor), porém não são iguais.
1 hp = 1,0138697 cv = 745,6999 W 1 cv = 0,98632 hp = 735,4987 W.
Como o cv não pertence ao Sistema Internacional de Unidades, actualmente tem um uso desigual e
frequentemente impreciso, já que se lhe confunde com o hp (inglês). Assim, é habitual referir à
potência dos motores de automóveis, embarcações etc. em cavalos; mas sem aclarar que nos países
onde o Sistema Internacional é o único legal, se utiliza o kW (kilowatt) como unidade de potência,
ainda que se acompanhe de sua equivalência em cv ou hp (na Europa, excepto Reino Unido e
Irlanda, normalmente cv).
1 lb = 0,453592 kg
hp (horse-power em inglês) é uma unidade de origem inglesa. Nos países onde o Sistema Internacional é o único legal, se utiliza o kW (kilowatt) como unidade de potência, ainda que se acompanhe de sua equivalência em cv ou hp
Ao nível do mar g = 9,80665 m/s²
1 hp 147791,19356 N
. éx
"é
𝑥
,"
x x → 1 hp → 1 hp
Verificou se um cavalo podia
levantar 33000 lb de água a
uma altura de um pé em um
minuto
Fora dos países de língua inglesa, criou-se a unidade de medida cv (cavalo-vapor), e não pertence ao Sistema Internacional de Unidades
9,80665
Ao nível do mar g = 9,80665 m/s²
1 cv
Assim
Estabeleceu-se, por
equivalência que um cavalo
podia levantar 75 kg de
massa a uma altura de
um metro em um segundo
Ensaios de vida e Pressão específica
Prof. Lisboa
Curso: Usinagem Básica
Ênfase: Torneamento e fresamento
Ensaios de vida
Fotoreagência pupilar Vida (do latim vita)
VOS : Ver, ouvir e sentir
Frequência
cardíaca
Critérios a serem estabelecidos:
• Ausência total de resposta cerebral, com perda consciência. Nos casos de coma irreversível, presença eletroencefalogramas planos (tendo cada registro a duração mínima de 30 minutos), separados por um intervalo nunca inferior a 24 horas. Esse dado não deve prevalecer para recém-nascidos, ou em situações de hipotermia induzida artificialmente, de administração de drogas depressivas sistema nervoso central, de encefalites e de distúrbios metabólicos ou endócrinos.
• Abolição dos reflexos cefálicos, com hipotonia muscular pupilas fixas e indiferentes ao estímulo luminoso.
• Ausência de respiração espontânea por 5 minutos, após hiperventilação com oxigênio 100%, seguida da introdução um cateter na traquéia, com fluxo de 6 litros de 02 por minuto
• Causa do coma conhecida.
• Estruturas vitais do encéfalo lesadas irreversivelmente.
http://www.portalmedico.org.br/regional/crmpb/artigos/conc_etic_morte.htm
A Associação Médica Mundial, em 1968, estabeleceu na Declaração de Sidney: que a morte cerebral é um processo gradual de nível celular e esta conclusão tem que se basear no juízo clínico, complementado por instrumentos auxiliares, dentre os quais é o eletrencefalógrafo o mais útil.
Critérios de vida humana
Conceito:
Vida de uma ferramenta, é o tempo que a mesma trabalha efetivamente (não considerando tempos passivos), até perder sua capacidade de corte dentro um critério previamente
estabelecido.
Atingindo este tempo a ferramenta deve ser reafiada (restabelecida as condições do critério) ou substituída
Critérios:
1. Risco de quebra da aresta cortante - Devido desgaste da superfície de saída da ferramenta
2. Temperaturas elevadas - Quando a temperatura de usinagem se aproxima daquela em que estrutura da ferramenta perde dureza, os desgastes chegam a níveis não mais aceitáveis.
3. Perda das tolerâncias - Devido ao desgaste
superfície de folga da ferramenta, não é mais possível manter os níveis de tolerância exigidos
4. Acabamento superficial - O acabamento superficial da peça não é mais satisfatório
5. Aumento das forças - O desgaste aumenta a área de atrito e por consequência as forças e potencias envolvidas com o corte, interferindo
funcionamento da máquina.
Definição de Vida de ferramenta:
VB = largura do desgaste frontal
Vb
máx= largura máxima do desgaste frontal Kt = profundidade da cratera
Km = distância ate o centro da cratera KB = largura da cratera
Kl = largura do lábio da cratera
erschleiß von Bearbeitung [VB] - Desgaste de usinagem
Desgaste frontal ou desgaste de flanco
O desgaste de flanco deve ser
preponderante ao de cratera, caso o
inverso ocorra, há grande possibilidade
da escolha do inserto estar equivocada.
Curvas de desgaste
Curvas de vida
Equações e cte s de Taylor
Equações e cte s de Taylor
n vc 1 t 1 VB 1 (0,4 mm)
ensaio rpm m/min min mm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Material ABNT
r
r
o
o
ap mm
f mm/volta
1 inicial mm
vc 1 média m/min
t 1
acumulado
min
VB 1 total mm
Ensaio de vida 1.1
n vc 1 t 1 VB 1 (0,4 mm)
ensaio rpm m/min min mm
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Material ABNT
r
r
o
o
ap mm
f mm/volta
1 inicial mm
vc 1 média m/min
t 1
acumulado
min
VB 1 total mm
Ensaio de vida 1.2
n vc 2 t 2 VB 2 (0,4 mm)
ensaio rpm m/min min mm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Material ABNT
r
r
o
o
ap mm
f mm/volta
2 inicial mm
vc 2 média m/min
t 2
acumulado
min
VB 2 total mm
Ensaio de vida 2.1
n vc 2 t 2 VB 2 (0,4 mm)
ensaio rpm m/min min mm
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Material ABNT
r
r
o
o
ap mm
f mm/volta
2 inicial mm
vc 2 média m/min
t 2
acumulado
min
VB 2 total mm
Ensaio de vida 2.2
n vc 3 t 3 VB 3 (0,4 mm)
ensaio rpm m/min min mm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Material ABNT
r
r
o
o
ap mm
f mm/volta
3 inicial mm
vc 3 média m/min
t 3
acumulado
min
VB 3 total mm
Ensaio de vida 3.1
n vc 3 t 3 VB 3 (0,4 mm)
ensaio rpm m/min min mm
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Material ABNT
r
r
o
o
ap mm
f mm/volta
3 inicial mm
vc 3 média m/min
t 3
acumulado
min
VB 3 total mm
Ensaio de vida 3.2
Experimentalmente
ou
Ensaios de Pressão específica - Kienzle
Oi, Newton.
0 que você esta fazendo
ai?
Oi, Einstein. Você esta vendo um Newton dentro de um metro
quadrado. Eu sou Pascal.
95
Kienzle
Equação de Kienzle
ap b = ap / sen r f h = f . sen r Fc Fa
ensaio mm mm mm mm kgf kgf
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Experimentalmente
Se h = 1 Fc = Ks 1 . b
2
?
Ensaios desenvolvidos pelo Prof. Dino Ferraresi
Campus UNICAMP Patrocinio ABM
Associação Brasileira de Metais
100
101
102
103
104
105
kgf
0,1
h [mm]
Fc/b [mm]
107
