EME005 - Tecnologia de Fabricação IV Fresamento 6

(1)

EME005 - Tecnologia

de Fabricação IV

Fresamento 6

Aula 6

Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior

UNIFEI

Fresando pelo processo

Renânia

Fabricação de

engrenagens em

dentadoras

https://www.youtube.com/watch?v=-dLi7SDK6TQ

Ferramentas da Renânia

(Fresa Caracol)

Ferramentas da Renânia

(Fresa Caracol)

(2)

Ferramenta Renânia e Engrenagens

Máquina Renânia

Fresamento por geração

(Método Renânia)

A fresa e o disco de aço onde são usinados

os dentes da engrenagem apresentam

movimento de rotação .

Fresamento por geração

(Método Renânia)

Fresamento por geração

(3)

Fresando pelo processo

Fellows

Fabricação de

engrenagens em

dentadoras

https://www.youtube.com/watch?v=jD94Q-aVhKU

Fresamento por geração

(Método Fellows)

Utilizam fresas semelhantes a engrenagens

cilíndricas de dentes retos, apresentando

cunha de corte nos dentes.

Fresamento por geração

(Método Fellows)

Fresamento por geração

(Método Fellows)

(4)

Fresamento por geração

(Método Fellows)

Ferramentas da Fellows

Processo Fellows

Movimento alternativo vertical. Movimento de rotação (sincronizado para helicoidal). Profundidade de avanço (altura do dente). Afastamento para recuo da ferramenta.

Quais são os parâmetros de

usinagem?

Rotação (da ferramenta);

Avanço;

(5)

Cálculo da rotação

[mm]

d

1000

[m/min]

Vc

=

[rpm]

n

×

π

×

Onde: Vc = velocidade de corte; d = diâmetro da ferramenta; n = rotação da ferramenta.

Fatores que interferem na seleção da

velocidade de corte

• Material da ferramenta; • Material a usinar;

• Natureza da operação;

• Presença ou não de refrigeração.

Escolha da velocidade de corte para

fresas de aço rápido

Material a ser usinado

Velocidade de corte em m/min Desbaste até profundidade de Acabamento 8 mm 5 mm 1.5 mm Aço até 60 kgf/mm2 _{16 - 20} _{22 - 26} _{32 - 36} Aço de 60 à 90 kgf/mm2 _{14 - 16} _{20 - 24} _{26 - 30} Aço de 90 à 110 kgf/mm2 _{12 - 14} _{18 - 22} _{22 - 26} Aço acima de 110 kgf/mm2 _{8 - 12} _{14 - 16} _{16 - 20}

Ferro fundido até 180 HB 18 - 22 24 - 28 18 - 32 Ferro fundido acima de 180 HB 10 - 14 12 - 18 18 - 22 Latão 32 - 48 46 - 72 60 - 120 Metais leves 220 - 320 280 - 480 400 - 520 Cobre 40 - 50 60 - 80 80 - 100

Cálculo da velocidade de avanço

Z

*

]

dente

/

mm

[

z

a

]

volta

/

mm

[

v

a

=

]

rpm

[

n

*

]

volta

/

mm

[

v

a

min]

/

mm

[

a

v

=

A velocidade de avanço (a

_v

) depende da

capacidade de remoção de material de

cada aresta cortante (a

_Z

), do número de

arestas de corte (Z) e da rotação da

ferramenta (n).

Fatores que interferem na seleção da

velocidade de avanço

Acabamento;

Solicitação nos dentes:

• Material a ser cortado;

• Tipo da fresa;

• Material da fresa;

(6)

Escolha do avanço por dente para fresas

cilíndricas de aço rápido (DIN 884)

Fresas que só cortam na periferia cilíndrica, gerando superfícies planas paralelas ao eixo da ferramenta. São caracterizadas pelo diâmetro externo, largura e tipo (W,

N ou H).

Exemplo: 50 x 40 N DIN 884.

Escolha do avanço por dente para fresas

cilíndricas de aço rápido (DIN 884)

Velocidade de avanço em mm/dente Desbaste até profundidade de Acabamento até 8 mm 5 mm 1 mm Aço até 60 kgf/mm2 _0,22 _0,26 _0,10 Aço de 60 à 90 kgf/mm2 _0,20 _0,24 _0,08 Aço de 90 à 110 kgf/mm2 _0,17 _0,22 _0,06 Aço acima de 110 kgf/mm2 _0,10 _0,12 _0,04

Ferro fundido até 180 HB 0,22 0,30 0,08 Ferro fundido acima de 180 HB 0,18 0,20 0,06 Latão 0,24 0,28 0,10 Metais leves 0,10 0,12 0,04 Cobre 0,26 0,26 0,08

Escolha do avanço por dente para fresas

cilíndricas de aço rápido (

DIN 841 e 1880

)

Fresas de topo para mandril, corte à direita e hélice à direita. Ângulo de hélice de 15º.

Exemplo: 50 x 40 N DIN 884.

DIN 841 - chaveta

longitudinal DIN 1880 - chaveta _transversal

Escolha do avanço por dente para fresas

cilíndricas de aço rápido (

DIN 841 e 1880

)

Velocidade de avanço em mm/dente Desbaste até profundidade de Acabamento até 8 mm 5 mm 1 mm Aço até 60 kgf/mm2 _0,25 _0,30 _0,12 Aço de 60 à 90 kgf/mm2 _0,22 _0,27 _0,10 Aço de 90 à 110 kgf/mm2 _0,22 _0,24 _0,08 Aço acima de 110 kgf/mm2 _0,12 _0,14 _0,08

Ferro fundido até 180 HB 0,25 0,34 0,10 Ferro fundido acima de 180 HB 0,18 0,22 0,08 Latão 0,25 0,30 0,10 Metais leves 0,12 0,16 0,06 Cobre 0,26 0,30 0,10

(7)

Profundidade

Deve ser a maior possível.

É limitada:

Pela rigidez dos componentes;

Pelas características construtivas da

ferramenta.

Critérios para profundidade

Para fresamento próximo ao limite

máximo (0,9 x dl)

recomenda-se utilizar fresas com diâmetros

maiores que 5 mm.

(8)

Deve-se sempre verificar se o

conjunto de parâmetros

selecionados não excede a

potência disponível no

equipamento

Potência e

Força no Fresamento

Potência consumida no corte

Na usinagem: V = velocidade de corte;

F = Força de corte.

]

s

/

m

[

V

]

N

[

F

]

W

[

P

=

×

[ ]

60 min]

/

m

[

Vc

]

N

[

Fc

W

Pc

=

×

Genericamente tem-se:

Rendimento

η

×

=

Pa

[

W

]

W

[

Pc

A potência de corte é fornecida por

um motor, mas devido às perdas por

atrito (mancais, engrenagens, polias,

correias etc.), não são iguais.

Pc: potência de corte [W]

Pa: potência do acionamento [W]

η η η

(9)

Forças de corte no fresamento

Forças no fresamento

Fc (Força de Corte): mesmo sentido e direção da velocidade de corte (Vc). É responsável pela maior parte da potência de corte.

Ff (Força de avanço): mesmo sentido e direção da velocidade de avanço (va). É a maior responsável

pela deflexão da ferramenta.

Fp (Força passiva): componente de F perpendicular ao plano de trabalho Pf (onde estão Fc e Ff).

Forças no fresamento

Fc: força de corte [N]

kc: pressão específica de corte [N/mm2] A: seção de usinagem [mm2]

b: comprimento do gume ativo [mm]

A

kc

Fc

=

×

h

b

A

=

×

h

b

kc

Fc

=

×

Substituindo 2 em 1: 1 2 3

Forças no fresamento

Kienzle propõe uma formulação semelhante. A constante kc1.1 e o expoente 1-mc são determinados experimentalmente e tabelados.

kc1.1: pressão específica de corte [N/mm2_{] para um cavaco}

de seção 1 mm x 1 mm mc 1 1 . 1 C c

K

h

k

=

×

− 4

h

b

kc

Fc

=

×

3 Substituindo 4 em 3: mc 1 1 . 1 C

b

h

k

Fc

=

×

− 5

Aço (ABNT) σr[Mpa] Kc1.1 1-mc

1020 500 1800 0,83 1030/1035 520 1990 0,74 1040/1045 620 2110 0,83 1060 770 2130 0,82

(10)

Forças no fresamento

Com a equação (5) pode-se calcular a Fc para torneamento. No fresamento há as seguintes

complicações:

Espessura do cavaco variável (cálculo de h); Diferença entre o fresamento frontal e o

periférico (cálculo de φφφφs: ângulo de contato a

fresa);

Ferramenta é multicortante (vários dentes

cálculo de Zc);

Variedade de geometrias de ferramenta e de

gume (cálculo de b).

1. Cálculo de h

O cavaco tem forma de vírgula. Para levar em conta a variação da espessura do cavaco, usa-se a sua

espessura média.

h_m: espessura média do cavaco [mm] fz: avanço por dente [mm/dente]

a_e: penetração de trabalho [mm]

φ φ φ

φs: ângulo de contato ferramenta peça [graus]

D: diâmetro da fresa [mm]

κ κ κ

κ_r: ângulo de direção do gume principal [graus]

) ( sen D a f 360 h z e _r s m × × κ π × φ ° = ₆

2. Cálculo de φφφφ

_s

na fresagem frontal

2 1 s =φ +φ φ 7a       × = φ D a 2 arcsen e1 1       × = φ D a 2 arcsen e2 2

2. Cálculo de φφφφ

_s

na fresagem tangencial

      × − = φ D a 2 1 arccos e s 7b

(11)

3. Cálculo de Zc

A força de corte depende do número de dentes em contato com a peça.

Zc: número de dentes em contato com a peça [dentes] Z: número de dentes da fresa [dentes]

° φ × = 360 Z Zc s 8

Se Zc não for inteiro significa que o número de dentes em contato oscila entre dois valores. Assim a força de corte

também oscila. Usa-se então o maior dos dois valores.

4. Cálculo de b

A força de corte é diretamente proporcional ao comprimento do gume ativo.

b: comprimento do gume ativo [mm]

κ κ κ

κr: ângulo de direção do gume principal [graus]

ap: profundidade de corte [mm]

A variedade de geometrias de ferramenta dificulta o cálculo de b. Para uma ferramenta de dentes retos tem-se:

) ( sen a b r p κ = ₉ p r _b _a 0 s 90 = →    ° = λ ° = κ λ λλ

λ_s: ângulo de inclinação do gume principal [graus]

Dentes retos Dentes helicoidais

Força de Corte

A equação da força de corte no fresamento é,

então, modificada a partir da equação do

torneamento, para levar em conta as

particularidades do processo.

mc 1 1 . 1 C

b

h

k

Fc

=

×

− 5

Torneamento

mc 1 m c 1 . 1 C

b

z

h

k

Fc

=

×

− 10

Fresamento

(12)

Força de corte na fresagem

Reunindo as equações mostradas chega-se

ao resultado (para fresas de dentes retos).

Fc = kc1.1 x bx zcx hm1-mc ) ( sen a b r p κ = ° φ × = 360 Z Zc s ) ( sen D a f 360 h z e _r s m × × κ π × φ ° =       × − = φ D a 2 1 arccos e s 2 1 s=φ +φ φ

(

2 a /D

)

arcsen _e₂ 2 = × φ

(

2 a /D

)

arcsen _e₁ 1= × φ

1

1 Em função da dificuldade do

cálculo da força de corte,

métodos alternativos são

utilizados

Cálculo da potência de corte baseado no

fator de remoção (Kn)

Kn = Fator de remoção [cm3_/Kw.min]

Potência necessária para remover 1 cm3_{de material}

por minuto.

ap: profundidade de corte [mm]

a_e: penetração de trabalho [mm] vf: velocidade de avanço [mm/min] fz: avanço por dente [mm/dente]

z: número de dentes da fresa [dentes] n: rotação da ferramenta [rpm] n z e p n f e p

K

1000

n

z

f

a

K

1000

v

a

Pc

×

=

×

=

Cálculo do tempo de corte

min]

/

mm

[

v

]

mm

[

espaço

[min]

Tc

a

=

posição inicial posição final comprimento da peça (cp) ~R ~R

(13)

Exemplo

Uma empresa necessita construir em uma determinada peça, o rebaixo apresentado na figura a seguir.

Dispõe de fresa de topo em aço rápido com dois dentes e diâmetro de 25 mm. Os parâmetros recomendados pelo fabricante são:

Velocidade de corte: 30 m/min; Avanço por dente: 0,12 mm;

Profundidade máxima: 0,7 x diâmetro.

A máquina que deverá ser utilizada possui as

seguintes características:

Avanços [mm/min]: 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182 196 210 224 238 252 266 280 294 308 322 336 350 364 378 392 406 420 434 Rotações do eixo-árvore [rpm]: 45 56 70 90 110 140 170 220 270 330 420 520 650 Cálculo da rotação [mm] d 1000 [m/min] Vc = [rpm] n × π × rpm 81,972 3 = 25 1000 30 = × π × rpm 20 4 = n

Cálculo da velocidade de avanço

] rpm [ n [dentes] z ] dente / mm [ fz min] / mm [ a v = × × 420 2 12 . 0 min] / mm [ a v = × × min] / mm [ 98 v =

1. Quanto tempo será necessário para

executar o rebaixo em uma peça?

(14)

Cálculo tempo de corte [mm/min] va [mm] espaço = [min] c T [mm/min] 8 9 [mm] 125 = [min] c T .2755102 1 = [min] c T Tc=1min17s

1. Quanto tempo será necessário para

executar o rebaixo em uma peça?

2. Qual o tempo de usinagem (horas e minutos) de um lote de 2300 peças sabendo que duas

máquinas foram disponibilizadas e considerando o tempo médio de preparação (setup) entre peças de 36 segundos? T1= TU+ TS = 1.2755102 + 0.6 T1 = 1.8755102 min TL= T1* NP/NM = 1.8755102 * 2300/2 T_L= 2156.83673 min TL = 35 h 57 min

3. Fornecedores apresentaram propostas para o substituir a fresa original. Qual seria a melhor escolha e por que? Tem-se:

F1: fresa de metal duro, diâmetro 20 mm, dois dentes, Vc de 100 m/min e avanço por dente 0,05 mm/dente;

F2: fresa de aço rápido, diâmetro 20 mm, seis dentes, Vc de 30 m/min e avanço por dente de 0,1 mm/dente.

F1 => 650 rpm, 70 mm/min, 45 h 44 min F2 => 520 rpm, 322 mm/min, 18 h 57 min

Exemplo 2

Peça de 40 mm de espessura, ressalto de 20 mm

de altura, fresa de topo de

20 mm de diâmetro. A

fresa possui

3 dentes, velocidade de corte de 26

m/min, avanço por dente de

0.2 mm e

profundidade máxima de corte de

10 mm.

Sabendo que

2 máquinas foram disponibilizadas,

qual o tempo de usinagem (horas e minutos) de

um lote de

2450 peças, considerando o tempo de

(15)

Exemplo 2

d=20 Z=3 Vc=26 fz=0.2 Nmaq=2 L=2450 Ts=33

d[mm] 1000 [m/min] c v = [rpm] n × π × Rotações disponíveis [rpm]: 45, 56, 70, 90, 110, 140, 170, 220, 270, 330, 420, 520 e 650 802 . 413 20[mm] 1000 [m/min] 26 = [rpm] n = × π ×

n= 420 [rpm]

Exemplo 2

] rpm [ n ] dentes [ Z ] dente / mm [ d a min] / mm [ a v = × ×

Velocidades de avanço disponíveis [mm/min]: 14, 28, 42, 56, 70, 84, 98, 112, 126, 140, 154, 168, 182, 196, 210, 224, 238, 252, 266, 280, 294, 308, 322, 336, 350, 364, 378, 392, 406, 420 e 434

d=20 Z=3 Vc=26 fz=0.2 Nmaq=2 L=2450 Ts=33

252 420 3 2 . 0 min] / mm [ a v = × × =

n= 252 [mm/min]

(16)

Exemplo 2

E1 E2 Folga

2

Folga

2 Posição

Inicial/Final

F+E1+F+E2+R+L1+R+R+L2+R+R+L1+R+R+L2+R+E1+F+E2 F+E1+F+E2+R+L1+R+R+L2+R+R+L1+R+R+L2+R+E1+F+E2+F

Distância

₁

=

F

+

E1

+

F

+

E2

+

R

+

L1

+

R

+

R

+

L2

+

R

+

R

+

L1

+

R

+

R

+

L2

+

R

+

E1

+

F

+

E2

+

F

Distância

₁

=

F

+

E1

+

F

+

E2

+

R

+

L1

+

R

+

R

+

L2

+

R

+

R

+

L1

+

R

+

R

+

L2

+

R

+

E1

+

F

+

E2

+

F

Distância

₁

=

4F

+

2E1

+

2E2

+

8R

+

2L1

+

2L2

Distância

₁

=

4F

+

2E1

+

2E2

+

8R

+

2L1

+

2L2

F=2 mm

E1=12.5 mm

E2=12.5 mm

R=10 mm

L1=125 mm

L2=50 mm

1

Distância

₁

=488 mm

Distância=2.Distância

₁

+2.Vertical

Distância = 996 mm

Distância=2.488+2.10

Exemplo 2

min] / mm [ 252 ] mm [ 996 min] / mm [ a v ] mm [ espaco ] peça [min/ Tc = =

Tc = 3.95238 [min/peça]

(17)

Exemplo 2

[min] setup T [min] c T [min] unitário T = + [min] 55 . 0 [min] 3.95238 [min] unitário T = +

Tunitário = 4.50238 [min/peça]

60 2 2450 4.50238 60 maq num ] peças [ Lote [min] unitário T ] hs [ Lote T × × = × × =

(18)

(19)

Exemplo 3

Calcule a distância percorrida pela ferramenta para dar acabamento no perfil da peça. A ferramenta, de

raio R, já está na profundidade adequada e posicionada próximo ao canto inferior esquerdo.

Distância = A + B + C + D + E + F + G + H + I + J + K + L Onde: A = f1 (folga 1) B = rf (raio da ferramenta) C = f2 (folga 2) D = cota (210 mm) E = ? F = cota (210 mm) G= rf (raio da ferramenta) H = rf (raio da ferramenta) I = cota (180 mm) J = f1 (folga 1) K = rf (raio da ferramenta) L = f2 (folga 2)

(20)

Cálculo de E

Comprimento da circunferência = 2.π.raio

No caso de E tem-se: raio = raio da peça +

raio da ferramenta.

Assim, comprimento da circunferência =

2.π.(rf+R1), onde R1 = 90 mm.

Mas tem-se somente 50% da circunferência.

Logo: E = π.(rf+R1)

Logo

Distância = f1 + rf + f2 + D + π.(rf+R1) + F + rf

+ rf + I + f1 + rf + f2

Distância = 2.f1 + 2.f2 + 4.rf + 210 + 210 + 180

+ π.rf + π.90

Distância = 2.f1 + 2.f2 + (4 + π).rf + 882.7434

**Distância = 2.f1 + 2.f2 + 7.141925*rf + 882.7434**

Supondo

f1 = f2 = 3 mm, df = 0 mm e va =50 mm/min: Distância = 2x3 + 2x3 + 7.14192529x0 + 882.7422 Distância = 894.7422 mm Tempo = 17 min 54 seg Se df = 100 mm :

Distância = 2x3 + 2x3 + 7.14192529x50 + 882.7422 Distância = 1251.84 mm Tempo = 25 min 2 seg

Exemplo 4

Fresa com

25 mm de diâmetro, um corte, 5

dentes, velocidade de corte de

45 m/min, avanço

por dente de

0.08 mm e profundidade máxima de

corte de

10 mm. P1 é o início do corte e P2 o

final. Depois de usinar a fresa subirá 8 mm, irá

em direção à posição P1 e descerá

8 mm à 500

mm/min. Quantas máquinas para entregar 5000

peças se tempo de setup é

42 segundos e que o

prazo máximo é de

35 horas (5 dias com 7

horas).

(21)

Exemplo 4 – Cálculo da rotação

d= 25 mm e Vc= 45 m/min

d[mm] 1000 [m/min] c v = [rpm] n × π × Rotações disponíveis [rpm]: 45, 56, 70, 90, 110, 140, 170, 220, 270, 330, 420, 520 e 650 572.96 25[mm] 1000 [m/min] 45 = [rpm] n = × π ×

n= 520 [rpm]

Exemplo 4 – Cálculo do avanço

] rpm [ n ] dentes [ Z ] dente / mm [ d a min] / mm [ a v = × ×

Velocidades de avanço disponíveis [mm/min]: 14, 28, 42, 56, 70, 84, 98, 112, 126, 140, 154, 168, 182, 196, 210, 224, 238, 252, 266, 280, 294, 308, 322, 336, 350, 364, 378, 392, 406, 420 e 434 208 520 5 08 . 0 min] / mm [ a v = × × =

v

_a

= 210 [mm/min]

n= 520 rpm, Z= 5 dentes e fz=0.08 mm

Exemplo 4 – Cálculo do espaço

A= 13+30+12.5 = 55.50 mm B= 5+12.5 = 17.50 mm C= 2*π*(15-12.5)/4= 3.92699 mm D= 20.00 mm E= 2*π*(15-12.5)/4= 3.92699 mm F= 5+12.5 = 17.50 mm G=12.5+15+13 = 40.50 mm Total= 158.85398 mm

(22)

Exemplo 4 – Cálculo do espaço

Se a fresa fosse menor, deixaria uma parte de material sem usinar.

Exemplo 4 – Tempo de usinagem

min] / mm [ a v ] mm [ espaco ] peça [min/ Tu =

espaço= 158.85398, va= 210 mm/min

min] / mm [ 210 ] mm [ 85398 . 158 ] peça [min/ Tu =

Tu = 0.7564475 [min/peça]

Exemplo 4 – Tempo de retorno

min] / mm [ a v ] mm [ espaco ] peça [min/ Tr =

va= 500 mm/min

500 37 1 min] / mm [ 500 ] mm [ 8 13) 95 (13 8 ] peça [min/ Tr = + + + + =

Tu = 0.274 [min/peça]

Exemplo 4 – Tempo unitário

[min] setup T [min] r T [min] u T [min] unitário T = + +

Tu=0.7564475 min, Tr=0.274 min, Ts=42 seg

60 / 42 274 . 0 7564475 . 0 [min] unitário T = + +

Tunitário = 1.7304475 [min/peça]

(23)

Exemplo 4 – Número de máquinas

60 maq num ] peças [ Lote [min] unitário T ] hs [ Lote T × × =

Tu= 1.7304475 min/pç, L=5000 pçs

Num

_maq

= 5 máquinas

60 ] hs [ Lote T ] peças [ Lote [min] unitário T maq num × × = 120 . 4 60 35 5000 7304475 . 1 maq num = × × =