Avaliação dos esforços de corte

Prévia do material em texto

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
Rodrigo da Silva Barbosa 
 
 
 
 
AVALIAÇÃO DOS ESFORÇOS DE CORTE NO FRESAMENTO 
FRONTAL DA LIGA DE ALUMINIO-SILICIO (A356) QUANDO 
MANTIDO CONSTANTE A PRODUÇÃO DE PEÇAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São João Del Rei - MG 
2014 
 
 
Rodrigo da Silva Barbosa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AVALIAÇÃO DOS ESFORÇOS DE CORTE NO FRESAMENTO 
FRONTAL DA LIGA DE ALUMINIO-SILICIO (A356) QUANDO 
MANTIDO CONSTANTE A PRODUÇÃO DE PEÇAS 
 
 
Dissertação apresentada ao programa 
de pos-graduação em engenharia 
mecânica da Universidade Federal de São 
João del-Rei, como requisito para a 
obtenção do título de mestre em 
engenharia mecânica 
 
Área de Concentração: Materiais e 
Processos de Fabricação 
 
Orientador: Prof. Dr. Durval Uchôas Braga 
 
 
 
 
 
 
São João Del Rei- MG 
2014 
 
 
 
 
 
 
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA 
 
 
 
 Barbosa, Rodrigo da Silva 
B238a Avaliação dos esforços de corte no fresamento frontal da liga de alumínio - silício 
(A356) quando mantido constante a produção de peças [manuscrito] / Rodrigo da 
Silva Barbosa . – 2014. 68f. ; il. 
 
 Orientador: Durval Uchôas Braga. 
 Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de São João del-Rei. 
Departamento de Engenharia Mecânica. 
 
 Referências: f. 69-73. 
 
 1.Engenharia mecânica - Teses 2. Fresamento frontal - Teses 3. Alumínio - Silício - 
Teses 4. Metais - Corte - Teses 5. Fluido lubro-refrigerante - Teses I. Braga, Durval 
Uchôas (orientador) 
 II. Universidade Federal de São João del-Rei. Departamento de Engenharia Mecânica 
III. Título. 
CDU: 621.9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a minha esposa 
Wanessa e meus filhos Gustavo e 
Gabriella pelo apoio e compreensão nos 
momentos de ausência. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
Agradeço a Deus, por me dar força para prosseguir nos momentos difíceis 
desta caminhada. 
Agradeço também a minha esposa Wanessa e meus filhos Gustavo e 
Gabriella, por compreenderem e compartilharem os momentos de alegrias e 
tristezas durante o mestrado. Por vocês serem a razão do meu viver eu os dedico 
este titulo. 
Aos meus familiares, Pai, mãe, irmã, sogro, sogra e cunhados pelo apoio e 
pela amizade. 
Aos colegas de trabalho Vinícius, Renato, Zilmara, Magno, Betânia, Marcos, 
Adson, Rafael. 
Ao grande amigo Jose Sebastião dos Reis Silva pelo apoio e incentivo 
constante para meu desenvolvimento acadêmico e profissional. 
Aos funcionários da UFSJ, Camilo Lellis, Mônica Maria, Prof. Frederico 
Ozanan, pela experiência e dedicação durante todo processo do mestrado. 
Em especial agradeço o amigo, que muitas vezes atuou para mim como um 
pai, meu orientador Prof. Durval Uchôas Braga. 
Finalmente a todos aqueles que torceram pelo meu sucesso, os quais 
guardarei na lembrança os momentos que estivemos juntos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Com a evolução do parque industrial na produção de peças automotivas, observou-
se que o processo de fresamento tem se mostrado mais versátil e flexível na 
usinagem dos materiais. Aliado as características de reduzido peso e excelente 
resistência mecânica, o Alumínio e suas ligas têm substituído o aço em produtos 
automotivos. Neste sentido, optou-se por desenvolver uma pesquisa para analisar 
esforços de corte e integridade superficial no fresamento frontal da liga de Aluminio-
Silicio A356 quando utilizado lubro-refrigeração aplicada em abundancia (dois 
níveis), e alterado os parâmetros como o avanço por dente (três níveis) e velocidade 
de corte (dois níveis), mantendo-se sempre constante o volume de material retirado 
para as condições de usinagem, ou seja, a mesma produção de peças. Os ensaios 
foram realizados utilizando-se o planejamento fatorial completo aleatorizado por 
níveis, modelo de efeito fixo, permitindo observar a relação de dependências das 
variáveis de influência contra as de respostas, assim como a suas correlações. Os 
ensaios foram realizados no Centro de Usinagem DISCOVERY 560 da ROMI e os 
corpos de prova fixados em um suporte de um sistema de monitoramento 
constituído de dinamômetro piezoelétrico estacionário Kistler 9272, com quatro 
canais, um amplificador de sinais Kistler 5070A e o software DynoWare, também 
fornecido pela Kistler. As variáveis de resposta do processo de fresamento foram as 
força de corte (Fc), indiretamente monitoradas pelo momento torçor (Mt) e a de 
avanço (Ff), assim como, os parâmetros de rugosidade média (Ra) e máxima (Ry) 
obtidas de um Rugosímetro Surftest SJ-400 Mitutoyo. Como principais resultados, 
destacam-se o momento torçor e força de avanço, os quais apresentaram maior 
valor quando utilizados avanço por dente e velocidades de corte menores. Também 
foi constatada a interação entre a velocidade de corte e o avanço por dente da fresa, 
sendo mais expressiva quando utilizados os menores valores destas varáveis. A 
força de avanço se mostrou dependente da interação entre a velocidade de corte e o 
meio lubro-refrigerante. Quanto à rugosidade da superfície usinada, apenas o meio 
lubro-refrigerante influenciou no processo, com destaque para as menores 
rugosidades quando utilizada menor concentração de lubrificante em água. Então 
pode-se dizer que a utilização dos parâmetros de corte mais elevados torna a 
usinagem mais econômica, em função da significativa redução dos esforços de corte 
e tempo necessário para usinagem da liga de alumínio – silício A356.. 
 
Palavras-chave: Fresamento frontal; Alumínio-Silício; Força de corte; Fluido Lubro-
refrigerante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
With the evolution of the industrial production of automotive parts, it was observed 
that the milling process has proved more versatile and flexible machining of 
materials. All the characteristics of light weight and excellent mechanical strength 
also Aluminum and its alloys have replaced steel in automotive products. Therefore, 
it was decided to develop a survey to analyze cutting forces and surface integrity in 
face milling of aluminum alloy A356 - Silicon used lubrication and cooling when 
applied in abundance (two levels) and changed parameters as feed per tooth (three 
levels) and shear rate (two levels), maintaining always constant the volume of 
material removed in machining conditions, or the same production pieces. The tests 
were performed using the full factorial design by randomized levels, fixed effects 
model, allowing to observe the relationship of dependencies of variables influence 
against responses, as well as their correlations. Assays were performed in Machining 
Center DISCOVERY 560 ROMI and the specimens fixed in a holder of a monitoring 
system consisting of stationary Kistler piezoelectric dynamometer 9272 with four 
channels, one signal amplifier Kistler 5070A DynoWare and software, also provided 
by Kistler. The response variables were the milling process the cutting force (Fc) 
indirectly monitored by torçor moment (Mt) and forward (FF), as well as the 
roughness parameters (Ra) and maximum ( Ry ) obtained from one Surftest Surface 
Roughness Tester SJ - 400 Mitutoyo . The main results stand out the moment torçor 
and feed force which had higher value when used feed per tooth and cutting speeds 
lower. It was noted there is interaction between the cutting speed and feed per tooth 
cutter, being more expressive when used lower values of these variables. The feed 
force seems to be dependent on the interaction between the cutting speed and 
coolant - through lubrication. As the roughness of the machined surface, only the 
middle - lubricating coolant influenced the process , especially for smaller roughness 
when used lower concentration of lubricant in water . 
 
Key words: FaceMilling; Aluminum Silicon Alloy; Cutting Forces, Cutting Fluid 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
FIGURA 2.1 – Métodos usuais de fresamento: (a) Cilíndrico tangencial, (b) Frontal 
 ................................................................................................................................ 17 
FIGURA 2.2 – Operações de fresamento concordante ........................................... 18 
FIGURA 2.3 – Operações de fresamento discordante ............................................ 19 
FIGURA 2.4 – Efeito da posição do centro da ferramenta no início do corte .......... 20 
FIGURA 2.5 – Efeito do valor de „x‟ no início do corte ............................................ 21 
FIGURA 2.6 – Variação do ângulo de posição de uma fresa .................................. 21 
FIGURA 2.7 - Localização do diâmetro na fresa ..................................................... 22 
FIGURA 2.8 – Operações de fresamento Frontal ................................................... 25 
FIGURA 2.9 – Largura de usinagem (ap), penetração de trabalho (ae) e penetração 
de avanço( af ) no fresamento tangencial ............................................................... 27 
FIGURA 2.10 – Avanço por dente fz, avanço de corte fc e avanço efetivo fe no 
fresamento discordante ........................................................................................... 28 
FIGURA 2.11– Fresamento frontal .......................................................................... 29 
FIGURA 2.12 - Perfil teórico de rugosidade obtida no torneamento ....................... 31 
FIGURA 2.13 - Força de usinagem e suas componentes para o processo de 
fresamento .............................................................................................................. 33 
FIGURA 2.14 – Diagrama de fases Al-Si ................................................................ 39 
FIGURA 2.15 – – Efeito dos elementos de liga na fluidez do alumínio puro vazado 
em molde de areia, usando diferentes temperaturas de superaquecimento ........... 42 
FIGURA 3.1 - Centro de Usinagem DISCOVERY 560 ............................................ 45 
FIGURA 3.2 – Montagem do Dinamômetro (a) Dinamômetro Kistler 9272; (b) 
amplificador de carga Kistler 5070A; (c) software kistler DynoWare ....................... 45 
FIGURA 3.3 – Corpos de prova para analise micrografia ....................................... 46 
FIGURA 3.4 – Microscópio Olympus BX 51 ............................................................ 46 
FIGURA 3.5 - Rugosímetro surftest SJ-400 Mitutoyo .............................................. 47 
FIGURA 3.6 – Classes de ferramenta de acordo com o material ............................ 47 
FIGURA 3.7 – Caixa de com 10 ferramentas de metal duro ................................... 48 
FIGURA 3.8 – Especificação dos portas-ferramenta ............................................... 49 
FIGURA 3.9 – Características do porta-ferramenta ................................................ 49 
 
 
 
FIGURA 3.10 – Placa de Alumínio dimensão 450mm x 330mm x 40mm. .............. 50 
FIGURA 3.11 – Corpo de prova .............................................................................. 50 
FIGURA 3.12 - Corpo de prova preso ao dinamômetro .......................................... 52 
FIGURA 3.13 - Fresamento frontal .......................................................................... 53 
FIGURA 4.1 – Componentes da força de corte no fresamento ............................... 54 
FIGURA 4.2 – Microestrutura da liga Al-Si 50x e 100x............................................ 55 
FIGURA 4.3 - Efeito da correlação entre a velocidade de corte e o meio lubro-
refrigerante na força de avanço ............................................................................... 57 
FIGURA 4.4 - Efeito da correlação entre a velocidade de corte e o avanço da fresa 
no momento torçor da fresa .................................................................................... 59 
FIGURA 4.5 - Placa de AlSi A356, dimensão 215 x 325 x 40 (mm) (A); Corpo de 
prova (B). ................................................................................................................. 62 
FIGURA 4.6 - Microscópio MitutoyoTM-500 com câmera MOTICAM (A); Dispositivo 
(B). .......................................................................................................................... 63 
FIGURA 4.7 - através do raio de ponta da pastilha de corte (A) e (B). ................... 63 
FIGURA 4.8 - Medição de desgaste nos ângulos de folga e saída, após comprimento 
de usinagem de 215(mm)........................................................................................ 64 
FIGURA 4.9 - Desgaste do angulo de folga, no comprimento de usinagem de 
7310(mm). ............................................................................................................... 64 
FIGURA 4.10 Imagem do angulo de folga, no comprimento de usinagem de 
3655(mm), (fz) de 0,16 (mm/rot.z). .......................................................................... 65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
TABELA 2.1 – Propriedades Físicas da Liga 356 ................................................... 41 
TABELA 2.1 – Limite de Composição da liga 356 % em peso ................................ 41 
TABELA 3.1 – Composição química da liga de Al-Si A356.0. ................................. 50 
TABELA 3.2 – Fatores de controle e níveis adotados ............................................. 51 
TABELA 3.3 – Variáveis de resposta para o Fresamento ....................................... 52 
TABELA 3.4 – Planejamento de experimentos para testes ..................................... 53 
TABELA 4.1 – Dados da força de avanço (N) ......................................................... 56 
TABELA 4.2 – Resultado da ANOVA para a força de avanço da fresa (N) ............. 57 
TABELA 4.3 – Dados do momento torçor (Nm) ...................................................... 58 
TABELA 4.4 – Resultado da ANOVA para o Momento Torçor (Nm) ....................... 58 
TABELA 4.5 – Resultado das rugosidades medias (Ra) e (Ry) .............................. 60 
TABELA 4.6 – Tabela de rugosidade adptado ........................................................ 60 
TABELA 4.7 – Rugosidade média (Ra µm) ............................................................. 61 
TABELA 4.8 – Rugosidade máxima (Ry µm) .......................................................... 62 
TABELA 4.9 – Esforços de corte ensaio de vida Fz (0,12)...................................... 65 
TABELA 4.10 – Esforços de corte ensaio de vida Fz (0,16).................................... 65 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
Letras Latinas 
 
A - divisão da aresta principal de corte 
ae - largura de corte [mm] 
ap - profundidade de corte [mm] 
Aα - superfície principal de folga 
A‟α - superfície secundária de folga 
B - divisão da aresta principal de corte 
C - divisão da aresta principal de corte 
d - diâmetro externo da fresa [mm] 
D - diâmetro do cortador [mm] 
Dc - diâmetro externo da fresa [mm] 
De - diâmetro efetivo [mm] 
f - avanço por rotação [mm/rot] 
fz - avanço por dente [mm/dente] 
h máx. - espessura máxima do cavaco [mm] 
Le - comprimento da ferramenta [mm] 
n - rotações por minuto ou velocidade do fuso 
N - divisão da aresta principal de corte 
PK - ponto de tangência [mm] 
R - raio da fresa redonda [mm] 
rε - raio de ponta da ferramenta [mm] 
S - aresta de corte 
Th - espessura da ferramenta [mm] 
Vc - velocidade de corte [m/min] 
vf - avanço da mesa ou velocidade de avanço da mesa [mm/min] 
Wi - largura da ferramenta [mm] 
zc - número de arestas efetivas de corte 
 
 
 
 
 
Letras Gregas 
 
φ - ângulo de contato do dente em corte efetivo [graus] 
Xr - ângulode posição [graus] 
 
Abreviações 
 
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas 
AlTiN - Nitreto de Alumínio Titânio 
ANOVA - Analysis of Variance (análise de variância) 
CAD - Computer Aided Design 
CAM - Computer Aided Manufacturing 
CNC - Comando Numérico Computadorizado 
HB - Hardness Brinell 
HRC - Hardness Rockwell C 
HSC - High Speed Cutting 
HSM - High Speed Machining 
ISO - International Organization for Standardization 
MPa - MegaPascal 
NBR - Norma Brasileira Regulamentadora 
NC - Numeric Control (comando numérico) 
RPM - Rotações por Minuto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
CAPÍTULO 1 ........................................................................................................... 14 
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 14 
CAPÍTULO 2 ........................................................................................................... 16 
2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................ 16 
2.1 Processo de usinagem por fresamento ............................................................. 16 
2.2 Características do fresamento frontal ................................................................ 19 
2.3 Fresamento quanto aos parâmetros de usinagem ............................................ 26 
2.4 Posição da ferramenta no fresamento frontal .................................................... 28 
2.5 Caracterização do acabamento superficial no fresamento ................................ 30 
2.6 Uso do fluido de corte na usinagem .................................................................. 31 
2.7 Esforços na usinagem ....................................................................................... 32 
2.8 Analise de variância .......................................................................................... 35 
2.9 Características da liga alumínio-Silício .............................................................. 37 
2.9.1 Aplicações da liga A356 ................................................................................. 40 
2.9.2 Propriedades da liga A356 ............................................................................. 41 
2.9.2.1 Propriedades físicas .................................................................................... 41 
2.9.2.2 Composição química ................................................................................... 41 
2.9.2.3 Elementos de liga ........................................................................................ 41 
2.10 Usinabilidade do Alumínio ............................................................................... 42 
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................... 44 
3 MATERIAIS E METODOS .................................................................................... 44 
3.1 Máquina e equipamentos utilizados nos ensaios .............................................. 44 
3.2 Ferramenta de corte utilizada nos ensaios ........................................................ 47 
3.3 Corpos de prova ................................................................................................ 49 
3.4 Variáveis aplicadas nos ensaios ....................................................................... 50 
CAPÍTULO 4 ........................................................................................................... 54 
RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................ 54 
4.1 Analise dos resultados ...................................................................................... 55 
4.2 Metalografia da liga em estudo A356 ................................................................ 55 
 
 
4.3 Variáveis de usinagem ...................................................................................... 56 
4.3.1 Força de avanço ............................................................................................. 56 
4.3.2 Momento torçor .............................................................................................. 58 
4.3.3 Força passiva ................................................................................................. 59 
4.3.4 Rugosidade média (Ra µm) e (Ry µm) ........................................................... 59 
4.3.5 Analise da vida da fresa ................................................................................. 62 
4.3.6 Resultados de outros pesquisadores ............................................................. 66 
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................... 67 
CONCLUSÕES ....................................................................................................... 67 
CAPÍTULO 6 ........................................................................................................... 68 
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ...................................................... 68 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 69 
ANEXOS ................................................................................................................. 74
14 
CAPÍTULO 1 
 
1.1 INTRODUÇÃO 
 
As pesquisas em processos de fabricação têm grande importância, pois 
representam a classe mais largamente empregada dentro da cadeia de fabricação 
de produtos mecânicos no mundo moderno. A economia do mercado vigente, em 
que as empresas buscam o máximo rendimento por seus investimentos, tem um 
papel cada vez maior nas decisões por pesquisas na área de fabricação. 
Tais processos buscam a melhor adequação entre maquina e ferramenta para 
obtenção de uma melhor qualidade e produtividade. 
O fresamento é tido como uma das operações mais importantes da usinagem 
devido a sua grande versatilidade e condições de oferecer uma gama enorme de 
formas geométricas a peça que se deseja obter. 
O estudo das forças no processo do fresamento da liga de Alumínio-Silício 
A356 com alguns tipos de lubrificantes é de fundamental importância, uma vez que a 
produção de Alumínio vem aumentando consideravelmente devido sua grande 
aplicação, principalmente nas indústrias aeronáutica e automobilística, onde a uma 
busca constante de ligas leves cujas propriedades encaixem dentro de 
especificidades, como altos valores de resistência mecânica, boa ductilidade, 
dureza, resistência a corrosão, além da garantia de uma boa qualidade no produto 
final. 
Assim pode-se citar como exemplo, a adição de Silício ao Alumínio, aumenta 
sua fluidez preenchendo seções delgadas (JOSEPH, NAGARAJAN E RAVINDRAN, 
2001). Isto se da porque os produtos industrializados vêm se tornando cada vez 
mais precisos e sofisticados para atender o mercado cada vez mais exigente. 
A usinagem é uma etapa da produção que agrega maior diferencial sobre o 
custo de produção na fabricação de moldes e matrizes por diversos fatores, dentre 
os quais, pode-se citar a remoção de grandes quantidades de materiais, maiores 
tolerâncias dimensionais e melhor qualidade no acabamento das peças. 
O projeto e a produção de moldes, segundo Altan e Gegel (2001), 
representam um aspecto crucial de toda cadeia produtiva, pois praticamente todas 
as peças fabricadas atualmente são feitas por processos que requerem moldes. 
15 
A importância dos moldes e matrizes é similar ao das máquinas ferramentas, 
pois sua fabricação pode representar um gargalo no desenvolvimento do produto. 
Atualmente a velocidade de criação e modificação de novos produtos tem obrigado o 
estudo e desenvolvimento de estratégias de redução de ciclo de produção, 
flexibilidade e facilidades para confecção de moldes e matrizes, visando reduzir o 
tempo de fabricaçãoe melhorar os acabamentos dos produtos. 
O desempenho de um processo de usinagem, seja ele por fresamento ou 
não, depende de vários fatores, tais como usinabilidade dos materiais, potência e 
rigidez de equipamentos, material e geometria da ferramenta de corte, processo de 
formação cavacos, lubrificação e refrigeração, entre outros. 
O fresamento está entre as operações de corte mais influentes na usinagem 
dos materiais. Este processo apresenta considerável complexidade por estar 
intimamente ligado a diversos parâmetros e variáveis envolvidos no processo de 
corte. Entender as variáveis que influenciam na usinabilidade do Alumínio-Silício é 
fundamental para obter um melhor controle e, consequentemente, um melhor 
desempenho neste processo. 
O principal objetivo desta pesquisa consiste em conhecer e avaliar os 
esforços de corte e a rugosidade quando alterados parâmetros como o avanço por 
dente e a velocidade de corte em fresamento frontal da liga de Alumínio-Silício 
A356, com lubro-refrigerante e volume de cavaco constante, permitindo assim, 
sugerir uma seleção coerente de parâmetros de corte. 
A pesquisa está dividida em seis capítulos, conforme descrição abaixo: 
-Capítulo 1: Introdução; 
-Capítulo 2: Revisão da Literatura mostrando as principais características do 
processo de fresamento; Desgastes de ferramentas; Características do Alumínio-
Silício A356; Processos de usinagem do Alumínio-Silício e Monitoramento de 
processos; 
- Capítulo 3: Materiais e Métodos em que são descritos os equipamentos, 
instrumentos e máquina utilizados na pesquisa; Corpo de prova; Ferramentas e o 
Planejamento de experimento. 
- Capítulo 4: Resultados e Discussões com descrição dos resultados obtidos e 
o tratamento estatístico utilizado para tomada de decisão; 
- Capítulo 5: Conclusões; 
- Capítulo 6: Sugestões para Trabalhos Futuros. 
16 
CAPÍTULO 2 
 
2 REVISÃO DA LITERATURA 
 
2.1 Processo de usinagem por fresamento 
 
No atual momento da indústria mecânica a usinagem pelo processo de 
fresamento é considerada o sistema de fabricação mais versátil e flexível encontrado 
para a usinagem de materiais. A característica de modelar a geometria das peças, 
independentemente de sua complexidade, principalmente com o uso de máquinas 
com comando numérico computadorizado (CNC), e altas taxas de remoção de 
material, torna-se o processo mais utilizado no setor produtivo. 
O processo de fresamento consiste na operação de usinagem em que o 
material é removido por uma ferramenta giratória denominada fresa de múltiplas 
arestas cortantes. Cada aresta remove uma pequena quantidade de material em 
cada revolução da árvore onde a ferramenta é fixada. A máquina que realiza esta 
operação é chamada de fresadora (AGOSTINHO; VILELLA; BUTTON, 2004). 
O fresamento pode ser diferenciado dos demais processos de usinagem com 
rotação de ferramenta (furação, mandrilamento, roscamento, trepanação, entre 
outros) pela atuação simultânea de somente parte das arestas de corte, (corte 
interrompido) e pelo deslocamento tanto da ferramenta quanto da peça durante a 
operação de corte (GROOVER, 2002). 
A maior quantidade de eixos de movimentação possíveis de ser 
implementados no equipamento lhe confere maior flexibilidade, quando comparado a 
outros processos de usinagem. Desta forma, o fresamento é utilizado na usinagem 
de peças das mais variadas geometrias e tamanhos na fabricação de peças com 
grande complexidade, Possibilitando níveis de tolerância e acabamento superficial 
cada vez melhores, à medida que as máquinas e ferramentas evoluem (HELLENO; 
SHÜTZER, 2003). 
A aresta da fresa pode possuir diversos formatos e sua taxa de produção é 
elevada. O fresamento é uma operação de corte interrompido, onde as arestas da 
fresa alternam o contato com a peça durante cada rotação, criando um ciclo de 
força, impacto e choque térmico, sendo necessário à ferramenta suportar tais 
condições (GROOVER, 2010). 
17 
A ferramenta de corte usada no fresamento é chamada de fresa e as arestas 
de corte são chamadas de dentes. A máquina que tradicionalmente executa a 
operação de fresamento é chamada de fresadora. A maioria das superfícies geradas 
pelo fresamento são superfícies planas (WEINGAERTNER; SCHROETER, 2002). 
Entretanto, com a combinação dos movimentos de avanço (percurso da 
ferramenta) e da forma da ferramenta, superfícies complexas podem ser obtidas. 
Devido à variedade de superfícies possíveis e às altas taxas de remoção de 
material, fresamento é o processo mais versátil dentre os processos de usinagem, 
sendo amplamente utilizados na usinagem dos mais variados materiais. 
No fresamento o processo de corte é intermitente. Isto é, o dente da fresa 
entra e sai da peça a cada revolução da ferramenta o que sujeita os dentes a um 
ciclo de forças de impactos e cargas térmicas a cada rotação, necessitando de 
ferramentas com características adequadas, máquinas e sistemas de fixação de 
elevada rigidez. 
Existem várias maneiras de classificar os diferentes tipos de fresamento. Uma 
das mais difundidas é adotada pela norma DIN 8589 (KÖNIG; KLOCKE, 2002). A 
figura 2.1 ilustra a classificação baseada na orientação do eixo da ferramenta em 
relação ao movimento de avanço. 
 
 
FIGURA 2.1 – Métodos usuais de fresamento: (a) Cilíndrico tangencial, (b) Frontal 
Fonte: (KÖNIG; KLOCKE, 2002). 
 
Segundo a classificação adotada, os tipos fundamentais são o fresamento 
cilíndrico tangencial ou periférico e o fresamento frontal ou faceamento. Esta 
18 
caracterização é frequentemente utilizada para diferenciar as operações básicas de 
fresamento. 
Existem duas técnicas fundamentais de fresamento. De acordo com sentido 
de rotação, em relação ao movimento de avanço, ele pode ser classificado em 
fresamento concordante ou fresamento discordante. 
Fresamento cilíndrico tangencial Concordante: No fresamento concordante, 
Fig. 2.2, os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, os 
mesmos. A espessura do cavaco decresce durante a sua formação. A espessura do 
cavaco é máxima no início do corte e mínima no final (teoricamente zero). Assim, na 
saída do gume, ocorre o esmagamento de material e maior atrito entre o gume e a 
superfície de corte. 
 
 
FIGURA 2.2 – Operações de fresamento concordante 
(adaptado de SANDVIK, 2011) 
 
Fresamento cilíndrico tangencial Discordante: No fresamento discordante, Fig. 
2.3, os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, opostos. A 
espessura do cavaco cresce durante a sua formação. Neste caso, a espessura do 
cavaco é mínima no início do corte e máxima no final. A espessura inicial é 
teoricamente zero. Assim, no momento da entrada do gume, não há corte, mas 
apenas o esmagamento de material. Consequentemente os esforços e a tendência a 
vibrações na ferramenta são maiores. 
 
19 
 
FIGURA 2.3 – Operações de fresamento discordante 
(adaptado de SANDVIK, 2011) 
 
Nos últimos anos o processo de fresamento evoluiu lado a lado com o 
desenvolvimento das máquinas-ferramentas (SANDVIK, 2011). O estado da arte do 
processo se caracteriza pelo aumento da flexibilidade dos equipamentos com a 
máquinas de 5 ou mais eixos, máquinas multitarefa, e pela redução dos tempos 
passivos referentes à troca de máquinas. 
Segundo Repo (2010), o número adicional de graus de liberdade de um 
equipamento, caracterizado pelo aumento do número de eixos da máquina, pode 
comprometer a rigidez do mesmo. Apesar desta limitação e, dependendo da 
geometria de trabalho, ainda torna-se possível executar praticamente todas as 
operações para conclusão de uma peça empregando-se uma única máquina. 
 
2.2 Características do fresamento frontal 
 
No fresamento frontal é utilizada uma ferramenta cujos dentes ativos estão na 
superfície plana do topo da ferramenta. Essa ferramenta é chamada de fresa e sua 
construção depende da sua aplicação e de suas dimensões. Elas podem sertanto 
inteiriças, ou seja, feitas inteiramente do mesmo material, ou pode-se utilizar 
pastilhas intercambiáveis fixadas num corpo de aço carbono, o porta-ferramentas. 
A fresa é uma ferramenta multi-cortante, que tem um número variável de 
dentes e, consequentemente, um passo de valor fixo ou variável. Há alguns fatores 
que podem ajudar na determinação do número ideal de dentes, e do passo, para 
cada operação que são: 
 
 
 
20 
 
 O material e tamanho da peça. 
 A estabilidade do sistema utilizado. 
 O acabamento superficial requerido. 
 A potência disponível na máquina. 
 
O número de dentes a ser utilizado tem influência direta sobre o acabamento 
da superfície gerada, como também a força, a potência de corte, a vida da 
ferramenta e o tempo de corte. É importante ressaltar também que o passo da 
ferramenta utilizada terá influência direta na potência consumida na realização da 
operação. 
Na entrada da ferramenta em corte, duas situações são possíveis quando a 
aresta de corte vai penetrar na peça em um processo predominantemente 
concordante. 
- Conforme mostrada na Fig. 2.4, quando o centro da ferramenta está fora da 
peça, a aresta está sujeita a tensões de tração e, consequentemente, avarias. Além 
disso, o choque se dá bem próximo à aresta de corte, o que facilita o lascamento e 
quebra da mesma; 
- Quando o centro da ferramenta está dentro da peça a aresta está sujeita 
somente a tensões de compressão, situação para a qual o material da ferramenta foi 
desenvolvido, tendo assim, seu melhor desempenho. O choque se dá com o corpo 
da pastilha, que é uma região mais resistente, dificultando o lascamento ou a quebra 
da aresta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.4 – Efeito da posição do centro da ferramenta no início do corte 
(SANDVIK, 2011) 
 
21 
Diniz, Marcondes e Coppini (2013) comentam a influência da posição da fresa 
em relação à peça e a influência que esta posição tem na vida da ferramenta. 
Valores maiores de vida da ferramenta são obtidos quando o fresamento é 
assimétrico e o valor de „x‟ é pequeno, como mostrado na Fig. 2.5. À medida que 
cresce o valor de „x‟ a vida da ferramenta diminui devido ao aumento do lascamento 
da aresta, que se torna o principal mecanismo de desgaste. Como o lascamento 
está relacionado principalmente a variações de esforços mecânicos, sua maior 
ocorrência devido a um valor elevado do parâmetro „x‟ é explicada porque a 
espessura do cavaco na entrada da ferramenta na peça, e incrementada por um 
aumento no valor de „x‟, tornando o choque de entrada da ferramenta mais intenso. 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.5 – Efeito do valor de „x‟ no início do corte (DINIZ , MARCONDES E COPPINI (2013) 
 
Além disso, a espessura do cavaco varia de acordo com a disposição da fresa 
em relação à peça, ou melhor, em relação ao ângulo de posição ( r). Este ângulo é 
medido entre o plano da superfície usinada e a superfície produzida pela aresta 
principal de corte. A Fig. 2.6 representa a ilustração de alguns ângulos de posição 
mais frequentes no fresamento frontal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.6 – Variação do ângulo de posição de uma fresa. (SANDVIK, 2011) 
 
O ângulo da aresta de corte principal da fresa é o fator dominante que afeta a 
direção da força de corte e a espessura de cavacos. 
22 
Segundo Lopes (2012) o ângulo de posição ( r) é o ângulo formado entre a 
tangente em um ponto da aresta principal de corte e a direção de avanço da 
ferramenta. Este afeta a espessura dos cavacos, a força de corte e a vida da 
ferramenta. Os ângulos de posição mais comuns são 10º, 45º e 90º (Fig 2.6). 
Quando r = 10º, as fresas podem trabalhar com altos valores de avanço por 
dente (fz) e serem utilizadas para fresamento de mergulho. Quando r = 45º, as 
forças de corte radiais e axiais possuem as melhores condições de balanceamento, 
porém os valores da profundidade de corte ficam limitados. Quando r = 90º, as 
forças radiais ficam orientadas na direção do avanço, permitindo usinar peças de 
paredes finas e com menor vibração. 
Nas pastilhas redondas e ferramentas com grande raio de ponta, o ângulo de 
posição varia entre zero e 90º, alternando a direção da força de corte ao longo do 
raio da aresta. 
Segundo Diniz, Marcondes e Coppini (2013), o principal fator de influência na 
escolha do diâmetro da fresa (Dc) é a largura da superfície fresada (ae). Se o 
diâmetro da fresa for igual ou pouco maior que a largura fresada, haverá valores de 
espessura de corte (h) muito pequenos na entrada e saída do dente no corte, o que 
vai gerar muita pressão de corte. 
Por outro lado, se o diâmetro da fresa for muito maior que a largura fresada, 
haverá uma fresa de custo elevado para aquela superfície, também, o choque do 
dente da fresa com a peça e a saída do dente do corte pode acontecer de tal 
maneira que facilite o lascamento e quebra da pastilha. 
O diâmetro da fresa (Dc) é o diâmetro medido acima do ponto PK, onde a 
aresta de corte principal encontra a fase paralela da ferramenta. É utilizado para o 
cálculo da velocidade de corte (Vc) na operação de fresamento (Fig 2.7). 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.7 - Localização do diâmetro na fresa 
(SANDIVIK, 2011) 
 
23 
Este tópico foi escolhido para abordagem, pois foi utilizado o fresamento 
frontal assimétrico nos ensaios experimentais realizados no presente trabalho. 
Primeiramente é importante lembrar que existem três tipos básicos de 
situações envolvendo a relação do diâmetro fresa com a largura da peça, são eles: 
 Quando a largura da peça for maior ou igual ao diâmetro da fresa, resultando 
em cavacos finos na entrada e saída ou na necessidade de vários passes; 
 Diâmetro da fresa for um pouco superior à largura da peça, como acontece em 
geral, no processo de fresamento, 20 a 50% geralmente representando a 
situação ideal, especialmente em faceamento; 
 O diâmetro da fresa for bem maior que a largura do corte, com o eixo da fresa 
bem fora da largura da peça. Isso acontece principalmente nos casos de 
faceamento e fresamento de disco, fresamento de bordas longas e fresamento 
de topo (SANDVIK, 2011). 
O fresamento frontal simétrico é caracterizado por apresentar uma 
concordância entre o posicionamento do eixo da fresa e a linha de simetria da peça 
em usinagem, ver FIG. 2.8. Esse posicionamento central (para fresas de facear) 
dependendo da largura da peça resulta em um menor contato (ângulo de contato) de 
cada aresta com a peça (quando comparado o fresamento frontal assimétrico) e, 
portanto, poderá resultar numa maior vida da ferramenta. Entretanto, a direção das 
forças radiais de corte no corte simétrico variará a medida que a aresta de corte 
penetrar na peça, o que poderá levar a vibrações e à quebra prematura da aresta. 
Obviamente este problema é minimizado quando se tem mais de um dente 
simultaneamente no corte. 
Para o fresamento frontal assimétrico, o corte não ocorre sobre o eixo de 
simetria da peça em usinagem. Quando toda a superfície plana está sendo fresada, 
tem-se que a penetração de trabalho é menor que o diâmetro da peça. Neste caso, 
pode-se também classificar o fresamento em concordante, se a maior parte do corte 
tiver a espessura de corte decrescente; e discordante, se a maior parte do corte tiver 
a espessura de corte crescente. 
O fresamento assimétrico é vantajoso quando o diâmetro da fresa é grande 
em relação à largura da peça, devido ao fato de quando isto acontece neste tipo de 
fresamento, pode-se ter um maior número de dentes simultaneamente no corte mais 
suave, quando comparado ao fresamento simétrico. 
24 
Quando o corte é assimétrico, a variação da direção da componente radial da 
força de usinagem é bem menor, e com isso menor tendência à vibração (DINIZ, 
MARCONDES E COPPINI, 2013). Em síntese, o processo de fresamento que foi 
adotado nesta investigaçãofoi o fresamento frontal assimétrico discordante. 
No fresamento é frequente o choque da ferramenta com a peça, por tratar-se 
de corte intermitente. Caso as avarias prejudiquem consideravelmente a integridade 
da ferramenta, e com isto acelere o fator de fim de vida da ferramenta, sugere-se, 
segundo Diniz, Marcondes e Coppini (2013), que o fresamento seja assimétrico, 
diminuindo o batimento radial, consequentemente diminuindo as vibrações 
mecânicas geradas no processo de fresamento. 
Os autores ainda investigaram a influência da posição relativa da ferramenta 
e da peça na vida da ferramenta de metal duro da classe P, no desgaste e no 
acabamento superficial das peças durante um fresamento frontal de um aço AISI 
1045. Eles perceberam que para um maior afastamento entre o eixo de fresa e a 
linha de simetria do material usinado, de modo que configurasse um fresamento 
frontal assimétrico discordante, o desgaste na ferramenta seria gradualmente 
diminuído para o mesmo critério de fim de vida quando maior fosse este 
afastamento. 
Esta simples mudança no posicionamento já seria substancial na 
conservação da integridade da ferramenta. Diniz, Marcondes e Coppini (2013), 
ressaltam que estes resultados poderiam não ser os mesmos em outras situações. 
Se houvesse uma mudança de ferramenta para uma de classe mais tenaz, ela seria 
mais resistente ao choque e lascamento causado por ele. Assim, o lascamento não 
seria mais tão determinante para o fim da vida da ferramenta, não havendo a 
necessidade do deslocamento entre o centro da fresa e o eixo de simetria da fresa. 
Uma importante característica de todo processo de fresamento é que a ação 
de cada aresta de corte é intermitente. Cada aresta usina durante menos que a 
metade de uma revolução do corte, e em algumas vezes por uma pequena parte do 
ciclo. Esta aresta está sujeita aos impactos periódicos durante o contato com a peça. 
Com estas características, a tensão e o calor gerado durante parte do ciclo do 
processo de usinagem é seguido de um período em que aliviam- se as tensões 
geradas anteriormente e seguida de um resfriamento. Frequentemente o tempo de 
usinagem de uma aresta de corte é uma fração de segundos que é repetido varias 
25 
vezes no tempo de um segundo, gerando fadiga mecânica e térmica na ferramenta 
(TRENT; WRIGHT, 2000). 
 
 
FIGURA 2.8 – Operações de fresamento Frontal. 
Fonte: Modificado de (Diniz, Marcondes e Coppini, 2013). 
 
No fresamento frontal, ocorrem simultaneamente fresamento concordante e 
discordante. Tomando um dente em particular, primeiro ele se engaja em 
fresamento discordante. A espessura do cavaco que está se formando cresce até 
um valor máximo na linha que passa pelo centro da fresa e com direção igual à do 
avanço. A partir deste ponto o corte passa a ser concordante. A espessura do 
cavaco decresce até o gume sair da peça. No caso de fresamento frontal em cheio, 
tanto a espessura inicial e a final do cavaco são teoricamente zero. 
Para este tipo de fresamento os dentes ativos da fresa estão na superfície 
frontal da ferramenta, o eixo da fresa é perpendicular à superfície usinada. As fresas 
26 
são chamadas de fresas frontais ou de topo. Os cortes realizados neste processo 
normalmente são profundos radialmente e estreitos axialmente, enquanto que no 
fresamento cilíndrico tangencial, ocorre o inverso. Para que no processo de 
fresamento apresente uma boa rigidez da máquina, da peça e da ferramenta e 
havendo a possibilidade de se utilizar tanto o fresamento frontal quanto o cilíndrico 
tangencial, sugere-se utilização do primeiro. 
Devido à posição em que se encontra a fresa, ou seja, perpendicular à 
superfície a ser usinada, o fresamento frontal apresenta as seguintes vantagens em 
relação ao cilíndrico tangencial (METALS HANDBOOK, 2004): 
 Maior rigidez do sistema máquina/ferramenta, uma vez que não há 
possibilidade de flexão do eixo de rotação da ferramenta; 
 Possibilita usinar grandes áreas com menor esforço do eixo de rotação; 
 Redução do tempo de troca da ferramenta; 
 Menor custo de retificação das arestas de corte se for fresa sólida ou custo 
zero no caso de insertos; 
 Melhor acabamento da superfície; 
 Melhor desempenho na remoção de grandes quantidades de material e; 
 Alcança tolerâncias mais apertadas. 
 
2.3 Fresamento quanto aos parâmetros de usinagem 
 
De acordo com Diniz, Marcondes e Coppini (2013), mostrados na Fig. 2.9 
estão os fatores que devem ser levados em considerações na usinagem de 
fresamento além do numero de dentes da fresa são: 
 Profundidade de usinagem: Para se obter um melhor rendimento deve-se 
usar a maior profundidade possível porque seu aumento esta ligado 
diretamente à quantidade de material removido. Para fresas frontais não se 
deve exceder a 2/3 do comprimento total da aresta da pastilha. Outros fatores 
também que limitam a profundidade de corte é a rigidez da fresa, potência da 
maquina, fixação da fresa no suporte e o acabamento requerido na peça; 
 Profundidade ou largura de usinagem ap: é a profundidade ou largura de 
penetração da ferramenta em relação à peça, medida perpendicularmente ao 
plano de trabalho e; 
27 
 Penetração de trabalho (ae): é a penetração da ferramenta em relação à 
peça, medida no plano de trabalho e perpendicular ao plano de avanço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.9 – Largura de usinagem (ap), penetração de trabalho (ae) e penetração de avanço( af ) 
no fresamento tangencial.Fonte: (DINIZ, MARCONDES E COPPINI (2013) 
 
Na FIG. 2.10, mostram-se parâmetros como: 
- Avanço de corte (fc): Para a escolha deste parâmetro devem ser levados em 
consideração os tipos de fresa, material da ferramenta, material a ser usinado, 
acabamento requerido e potencia da maquina. Deve-se utilizar também avanços 
altos e velocidades altas para tornar o processo mais produtivo possível. 
Principalmente em desbastes, pois um valor elevado par a o avanço torna o cavaco 
com volume uniforme reduzindo a potência requerida devido à diminuição da 
pressão de corte; 
- Avanço por dente (fz): é o percurso de avanço por dente e por volta ou curso 
da ferramenta, medido na direção de avanço dado pela expressão abaixo; 
 
dentemm / (2.1) 
 
- Avanço de corte (fc): é à distância entre duas superfícies consecutivas em 
usinagem, medida no plano de trabalho e perpendicular à direção de corte; 
 
nz
vf
fz
28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.10 – Avanço por dente fz, avanço de corte fc e avanço efetivo fe no fresamento 
discordante.Fonte: (DINIZ, MARCONDES E COPPINI, 2013). 
 
- Velocidade de corte (vc): uma alteração na velocidade de corte causa 
alteração no avanço por dente se a velocidade de avanço não for alterada. Dessa 
forma, quando alterarmos a rotação de uma fresa visando alterar a velocidade de 
corte teremos uma alteração de avanço por dente para podermos preservar a vida 
da ferramenta, porque como já foi visto, se alterarmos a velocidade de corte sem 
alterarmos a velocidade de avanço provocaremos uma redução na espessura do 
cavaco provocando uma elevação da potencia e pressão de corte comprometendo a 
vida da ferramenta; 
A velocidade de corte tem influencia significativa na temperatura do corte, 
devido à abrasão e no aumento do impacto da aresta cortante causador dos 
lascamentos e trincas nas ferramentas. 
- Numero de dentes (z): deve-se manter o mesmo avanço por volta com 
ferramentas de passo grande utilizaremos uma potencia menor do que com passo 
pequeno. Mas de maneira geral outros fatores influenciam na escolha correta do 
numero de dentes de uma fresa tais como: material a ser usinado, tamanho da peça, 
estabilidade do conjunto maquina fresa, sistema de fixação, acabamento desejado, 
potencia de maquina. 
 
2.4 Posição da ferramenta no fresamento frontal 
 
No fresamento frontal, a posição do centro de simetria da fresa em relação a 
peçadetermina a região da ferramenta que primeiro receberá o impacto assim que 
se tiver iniciado o corte. Uma fresa com o centro de simetria posicionado dentro das 
29 
dimensões da peça assegura que o impacto da aresta de corte da ferramenta com a 
peça, ocorra numa posição favorável da ferramenta (parte interna da ferramenta). A 
Fig. 2.11(E; D) ilustra um fresamento frontal com o centro de simetria posicionado 
dentro da peça. Observa-se que o impacto ocorre na parte mais resistente da 
ferramenta. 
 
 
FIGURA 2.11 – Fresamento frontal (DINIZ, MARCONDES E COPPINI, 2013). 
 
Os maiores problemas ocorrem na região de saída do cavaco. Um cavaco 
espesso não tem apoio no ponto final de corte, possuindo tendência a curvar-se. 
Essa curvatura gera uma força de tração, levando a ferramenta a apresentar 
quebras. 
Um arco de contato grande produz maior tempo de corte, e por consequência, 
maior calor transferido para aresta de corte. Uma maneira de se obter cavacos mais 
espessos na entrada do corte e cavacos menos espessos na saída do corte é o 
deslocamento da linha de centro entre ferramenta e peça (WALTER, 2012). 
Observando-se uma relação prática, é recomendado que o diâmetro da fresa seja 
entre 20-50% maior do que a largura de corte (ae), e que a distância entre centros 
seja maior que zero, para atenuar os esforços. Porém, a utilização do deslocamento 
entre centros não deve ser tomada como regra, pois depende exclusivamente da 
condição da ferramenta. 
 
 
 
 
 
30 
2.5 Caracterização do acabamento superficial no fresamento 
 
Segundo Machado et al. (2009), a condição final de uma superfície usinada é 
resultado de um processo que envolve deformações plásticas, ruptura, recuperação 
elástica, geração de calor, vibração, tensões residuais e, às vezes, reações 
químicas. Todos esses fatores podem ter efeitos diferentes na nova superfície, de 
forma que o termo integridade superficial não pode ser definido apenas em uma 
dimensão e abrangendo mais que a textura da superfície ou a sua forma geométrica. 
Segundo Grzesik (1996), uma superfície usinada por processo de corte 
convencional, tal como torneamento ou fresamento, consiste de irregularidades 
inerentes a ação da ferramenta de corte as quais são comumente definidas como 
rugosidade superficial. 
Boothroyd e Knight (1989), afirmam que a rugosidade superficial final obtida 
durante uma operação de usinagem pode ser considerada como a soma de dois 
efeitos independentes: a rugosidade superficial “ideal”, a qual é um resultado da 
geometria da ferramenta e do avanço da ferramenta. Sendo a rugosidade “natural”, 
aquela resultado de irregularidades da operação de corte. Machado et al. (2009) 
afirmam que a rugosidade pode ser medida por vários parâmetros, os quais são 
classificados como: 
 Parâmetros de amplitude, correspondendo a altura de picos e profundidade de 
vales; 
 Parâmetros de espaço, determinados pelo espaçamento do desvio do perfil ao 
longo da superfície; 
 Parâmetros híbridos relativos a combinação dos dois primeiros. 
Os parâmetros mais utilizados para quantificar a rugosidade nos processos de 
usinagem convencionais são a Rugosidade média (Ra), a Rugosidade total (Rt) e a 
Rugosidade máxima (Rz). 
Pela Fig. 2.12, pode-se observar a Rugosidade total teórica (RtT) 
relacionando-a com o avanço (f) e com o raio de ponta da ferramenta (rε). 
Deve-se salientar que, na prática, há outros fatores além dos parâmetros do 
processo e da geometria da ferramenta que influem na rugosidade, de forma que o 
valor real desta variável será possivelmente maior que o valor teórico. 
 
 
31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.12 - Perfil teórico de rugosidade obtida no torneamento 
(adaptado de DINIZ, MARCONDES E COPPINI (2013) e BOOTHROYD e KNIGHT, 1989) 
 
2.6 Uso do fluido de corte na usinagem 
 
De acordo com a pesquisa realizada pela Revista Máquinas e Metais (2009), 
com o objetivo de obter informações sobre quantidade, tipos e idades de maquinas 
ferramentas de comando numérico computadorizado (CNC) em uso nas fabricas, foi 
constatado que os sistemas de refrigeração com base na emulsão ainda são usados 
em grande quantidade, gerando elevados custos de consumo e de descarte além de 
prejuízo ambiental. 
De acordo com a publicação, os custos com refrigeração representam cerca 
de 15% do custo de usinagem e quase quatro vezes mais que os gastos com 
ferramentas. 
Em vista disso alguns trabalhos têm sido desenvolvidos para reduzir este 
ônus causado pelo uso deste tipo de refrigeração em usinagem: a usinagem a seco, 
a usinagem com mínima quantidade de lubrificação (MQL) e a usinagem com ar 
resfriado. 
Usinagem a seco: Já vem sendo utilizado em operações de brocheamento, 
usinagem de engrenagem e em centros de usinagem. 
Usinagem de ar resfriado: Neste sistema o ar entra no sistema com uma 
vazão de aproximadamente 2,2(m³/mim) com pressão de 6,5 a 7kg/cm² e 
temperatura inferior a 40°C, saindo com 1,7 m³/mim, pressão de 2 kg/cm² e 
temperatura de -30°C. 
O fato de não se utilizar meios auxiliares de corte, não gera fumaça e 
minimiza efeitos insalubres, sem falar na eliminação de descartes. 
32 
Usinagem com refrigeração por névoa: Um sistema direciona uma névoa de 
partículas no ponto de contato entre a ferramenta de corte e a peça. O lubrificante e 
o fluido refrigerante são misturados em um fluxo de ar de alta pressão, criando uma 
névoa que mantém ferramenta e peça refrigerada possibilitando aumento na 
velocidade de corte. Devido à evaporação da névoa devem-se utilizar coletores de 
névoa para não contaminar o ambiente. Na pesquisa citada acima, constatou-se que 
somente 18,5% utilizam-se deste sistema. 
Sistema MQL: O lubrificante é dosado precisamente para onde é necessário. 
Neste sistema pulveriza-se uma mistura fina de óleo e ar diretamente na área de 
corte, reduzindo em 50% o nível de emissões quando comparado à lubrificação por 
abundancia. 
Neste método, tanto a peça como a ferramentas e cavaco permanecem secos 
após a usinagem, eliminando tratamentos posteriores. Neste sistema, obtem-se uma 
vida maior da ferramenta quando utilizadas maiores velocidades de corte. 
 
2.7 Esforços na usinagem 
 
A força de usinagem tem relação direta com a velocidade de corte e, por este 
motivo, apresenta se a seguir alguns aspectos relacionados a este tema. A obtenção 
das forças presentes nos processos de usinagem possui grande importância, pelo 
fato de determinarem a potência necessária para o corte, sendo utilizadas no projeto 
de máquinas-ferramentas e também servirem como um indicativo da usinabilidade 
dos materiais, pois quanto maior a força empregada, mais difícil tende a ser a 
usinagem do material. Esta medição normalmente ocorre por meio do emprego de 
dinamômetros extensométricos ou piezelétricos (MACHADO et al., 2009). 
Para Ferraresi (1977), a melhor forma de avaliar as forças que agem em uma 
ferramenta esta contida na norma Din 6584 que, de forma simplificada, decompõem 
as forças que atuam em um ponto. As forças de usinagem serão consideradas 
agente em direção e sentido sobre a ferramenta. 
– Força de usinagem (Fu): É a força de usinagem que atua sobre uma cunha 
cortante. 
As componentes da força de usinagem são obtidas através da projeção da 
força Pu sobre estes planos de usinagens mediante a decomposição ortogonal. 
 Componentes de força de usinagem no plano de trabalho. 
33 
– Força ativa (Ft): É a projeção da força de usinagem sobre plano de trabalho. 
– Força de corte (Fc): É a força principal de corte, é a projeção da força de 
usinagem sobre a direção de corte (vc). 
– Força de avanço (Ff): É a projeção da força de usinagem sobre a direção de 
avanço (vf). 
– Força de apoio (Fap): É a projeção da força de usinagem sobre a direção 
perpendicular á direção de avanço situada no plano de trabalho. 
A força de usinagem (Fu) é a soma vetorial das forças presentesno processo 
de usinagem. 
Estas forças são classificadas, segundo Ferraresi (1977) e Diniz, Marcondes 
e Coppini (2013), em forças ativas (Ft) e passivas ou de profundidade (Fp). A força 
de usinagem ainda pode ser decomposta em força de corte (Fc), força de avanço 
(Ff) e força de apoio (Fap). A Fig. 2.13 apresenta estas componentes da força de 
usinagem e em seguida é feita uma breve definição de cada uma delas. 
Além destas forças ativas, a força passiva apesar de não contribuir para a 
potência de usinagem, é importante por ser responsável pela deflexão elástica da 
peça e da ferramenta durante o corte. Dessa forma, ela é definida como uma 
projeção da força de usinagem perpendicular ao plano de trabalho. Vale ressaltar 
que estas definições estão baseadas na norma DIN 6584 (DINIZ, MARCONDES E 
COPPINI, 2013). 
 
 
FIGURA 2.13 - Força de usinagem e suas componentes para o processo 
de fresamento. ( adaptado de FERRARESSI, 1977) 
 
Apesar deste número de componentes de forças derivadas da força de 
usinagem, durante o processo de usinagem, a força de corte é considerada 
34 
dominante (BLACK, 1989). Deste modo, muitos artigos referem-se à queda na força 
de corte durante o aumento na velocidade de corte, ao invés de utilizar o termo força 
de usinagem, mesmo elas possuindo uma relação direta. 
Segundo Flow e Komanduri (1989), a força de corte diminui com o aumento 
da velocidade de corte até um valor mínimo, o qual e atingida a uma determinada 
velocidade, além desta velocidade característica a força tende a aumentar 
lentamente. 
Um exemplo é a usinagem do aço AISI 4340, em que a força de corte diminui 
até uma velocidade de aproximadamente 1500 m/min. Acima desta velocidade, a 
força começa a crescer. 
Outro exemplo foi observado para o caso do Alumínio 6061-T6, o qual exibiu 
uma redução na força de corte até um valor de aproximadamente 3000 m/min para a 
velocidade de corte, a partir da qual a força aumenta lentamente. 
Em contradição aos resultados apresentados acima, a usinagem do titânio 
apresenta os valores de força de corte praticamente invariáveis com a elevação da 
velocidade. 
Atualmente, muitos resultados têm convergido para uma queda na força de 
corte com o aumento da velocidade de corte. Segundo Toh (2006), a principal razão 
deste acontecimento é o aumento da temperatura na região de corte, o que 
ocasiona a redução do limite de escoamento do material, além da diminuição da 
espessura do cavaco e redução do comprimento de contato entre a ferramenta e o 
cavaco. 
No processo de fresamento, a potência de corte consumida na operação varia 
a todo instante, devido à variação do número de dentes no corte e à espessura do 
cavaco. Assim, tanto no fresamento cilíndrico tangencial como no fresamento frontal, 
a potência média de corte é calculada com um valor médio da resistência específica 
de corte (Ks), utilizando-se um valor médio para espessura do cavaco (DINIZ, 
MARCONDES E COPPINI (2013); KRABBE, 2006). 
A pressão específica de corte é um parâmetro importante para se determinar 
a potência necessária para uma operação de usinagem. Segundo Krabbe (2006), 
seu valor é determinado como sendo a força tangencial necessária para cortar um 
cavaco com uma seção de um milímetro quadrado. 
35 
No fresamento, existem vários fatores que influenciam no consumo de 
potência. De acordo com Krabbe (2006), existem também, diversas maneiras 
extremamente complicadas de se calcular a potência necessária para o fresamento. 
Uma aproximação para a potencia em função da quantidade de material 
removida no tempo e da pressão específica de corte média pode ser dada pela 
expressão (2.2). 
 
 
 (2.2) 
 
Onde: 
ap (mm): Profundidade de Corte 
ae (mm): Largura de Corte 
vf(mm/min): Avanço da Mesa 
Ks (MPa): Coeficiente de Força Específica de Corte 
η: Coeficiente da Eficiência da Máquina 
Pc (kw): Potência de Corte Efetiva 
 Zc: Número de arestas de corte. 
 
2.8 Analise de variância 
 
Para melhor entendimento do planejamento experimental e das ferramentas 
estatísticas utilizadas, é importante destacar alguns conceitos (MONTGOMERY, 
2012): 
a) Variáveis dependentes: respostas das propriedades de interesse, por 
exemplo, a rugosidade (Ra) de uma superfície; 
b) Variáveis independentes: fatores ou parâmetros que influenciam a 
resposta, por exemplo, a velocidade de corte (vc); 
c) Níveis: valores dos fatores a serem estudados, sendo que cada valor 
escolhido representa um nível; 
d) Codificação dos fatores: para simplificar o planejamento de experimentos e 
aumentar a precisão na análise estatística, é conveniente codificar os fatores em um 
sistema de coordenadas adimensionais. Por exemplo, quando se tem dois níveis de 
profundidade: 
kw
vzaaKs
P
fcepm
c 610.60
....
36 
1 mm e 2 mm, para o nível mais baixo (1 mm) é dado o valor codificado de “ -
1” e, para o nível mais alto (2 mm), o valor codificado de “ +1” . Para o valor 
intermediário (médio), é estabelecido o valor codificado de “ 0” ; 
e) Delineamento de experimentos: sequência dos experimentos a serem 
realizados, obtidos por ferramentas de planejamento de experimentos, na qual são 
incluídas combinações dos níveis dos fatores a serem estudados; 
f) Aleatorização: realização de experimentos delineados em uma sequência 
casual, aumentando-se com isto a probabilidade de eliminação dos efeitos dos 
fatores não considerados no delineamento e melhorando-se a analise dos 
resultados; 
g) Replicação: com isso é possível obter a estimativa do erro experimental, 
com o qual é possível verificar se as diferenças observadas nos dados são 
estatisticamente significativas. Também permite a obtenção de uma estimativa mais 
precisa dos efeitos dos fatores; 
h) Blocagem: tem o objetivo de aumentar a precisão de um experimento. 
 
Em certos processos, pode-se controlar e avaliar, sistematicamente, a 
variabilidade resultante da presença de fatores conhecidos que perturbam o sistema, 
porém, não se tem interesse de estudá-los. Assim, a blocagem é usada, por 
exemplo, quando o tempo entre os experimentos causou mudanças nas condições 
de ensaio, na presença de lotes diferentes de um mesmo material ou de ensaios 
realizados por diferentes indivíduos. 
i) Efeito de um fator: é a variação da magnitude da resposta em função dos 
níveis inferior e superior de um fator. 
j) Efeito principal: é a média dos efeitos de um fator nos níveis de outro fator. 
k) Fatores significativos: fatores que têm influência sobre as respostas. 
l) Fatores não significativos: fatores que, dentro dos intervalos considerados, 
não apresentam efeito significativo sobre as respostas. 
Para as pesquisas que envolvem diversas variáveis independentes e 
dependentes, faz- se necessário utilizar técnicas estatísticas, de modo a se obter 
conclusões em relação à dependência das respostas de interesse em função das 
variáveis analisadas. Segundo Box, Hunter e Hunter (1978) essas técnicas 
estatísticas podem ser aplicadas para: 
a) Avaliação e comparação de configurações básicas de projeto; 
37 
b) Avaliação de diferentes materiais; 
c) Seleção de parâmetros de projeto; 
d) Determinação de parâmetros de projeto que melhorem o desempenho de 
produtos; 
e) Obtenção de produtos que sejam fáceis de fabricar, projetados, 
desenvolvidos e produzidos em menos tempo e que tenham melhor 
desempenho e confiabilidade que os produzidos pelos competidores. 
O planejamento de experimentos utilizando ferramentas estatísticas permite a 
execução de experiências de maneira econômica e eficiente. Ou melhor, ajudam a 
economizar tempo e dinheiro, visto que conduzem à objetividade da analise dos 
resultados. Lembrando, que esses métodos não substituem o conhecimento, a 
criatividade e o bom senso do executor (BOX, HUNTER E HUNTER, 1978). 
Antes de iniciar os ensaios experimentais, com base nos conceitos acima, 
faz-senecessário a definição de alguns fatores: 
a) variáveis envolvidas nos experimentos; 
b) faixa de variação das variáveis independentes; 
c) níveis escolhidos para essas variáveis; 
d) planejamento experimental. 
 
Na etapa de planejamento experimental, deve ser considerado o tamanho da 
amostra (número de repetições), a seleção da ordem de execução dos experimentos 
e a possibilidade ou não de fazer a blocagem. 
 
2.9 Características da liga Alumínio-silício 
 
Quando se associa a crescente demanda por produtos de maior qualidade e 
durabilidade aos requisitos de redução de consumo de matérias-primas, o alumínio e 
suas ligas aparecem como alternativa bastante atrativa. O uso desses materiais, 
principalmente em substituição ao aço e ao ferro fundido, permite a redução de peso 
do componente, a redução das perdas por corrosão e o aumento do potencial de 
reciclagem. 
O considerável crescimento do consumo desses materiais ao longo dos 
últimos anos é um bom indicador dessa tendência. As principais limitações do 
alumínio referem-se à resistência mecânica e dureza, que são relativamente baixas, 
38 
mas que podem ser melhoradas pela adição de elementos de liga e por meio de 
tratamentos térmicos específicos. Assim, justifica-se o crescimento do emprego das 
ligas de alumínio em um grande número de aplicações, inclusive naquelas sujeitas a 
severas solicitações mecânicas (INFOSOLDA, 2008). 
De acordo com a ABAL (2010), o sucesso comercial no desenvolvimento de 
ligas de alumínio data do descobrimento do fenômeno de “envelhecimento” de ligas 
metálicas, em 1906. O envelhecimento de ligas de alumínio que continham 
magnésio e silício como elementos de liga conduziu também, ao desenvolvimento 
das principais ligas estruturais para aplicações gerais de engenharia. 
As ligas fundidas de alumínio exibem vantagens decisivas que levaram ao 
seu uso geral e amplo. Dentre as vantagens das ligas de alumínio, destacam-se 
algumas tais como (ABIFA, 2008): 
 
 Redução de peso dos componentes; 
 Melhor absorção de vibração; 
 Boa resistência à fadiga, ductilidade, resistência à formação de trincas 
a quente; 
 Ausência de fragilização a temperaturas muito baixas; 
 Boa resistência ao desgaste; 
 Alta condutividade térmica, dentre outras. 
 
Segundo Garcia (2001) cerca de 50% das ligas de alumínio utilizadas na 
indústria de fundição consiste de ligas do sistema alumínio-silício. A ampla utilização 
de ligas desse sistema deve-se à combinação de diferentes características físicas e 
mecânicas, tais como: elevada fluidez, pequena contração na solidificação, 
resistência à corrosão, soldabilidade e boa relação resistência/peso, dentre outras. 
É importante ressaltar que as ligas do sistema Al-Si, em virtude de suas 
propriedades físicas e mecânicas, são utilizadas para a fabricação de peças 
fundidas, como por exemplo, pistões para motores de automóveis e aviões. 
Entretanto elas também encontram algumas aplicações, tais como: produtos 
trabalhados, metais de adição para soldagem (caso da liga 4043), podendo também 
ser usadas para a fabricação de pistões forjados e em algumas aplicações 
arquitetônicas (INFOMET, 2008). De acordo com Moreira e Fuoco (2008), as 
principais aplicações dessas ligas envolvem peças de uso geral, coletores de 
39 
admissão, cabeçotes e blocos de motor, pistões e rodas automotivas, peças 
estruturais para a indústria aeroespacial e componentes de suspensão. 
O amplo uso das ligas Al-Si, em aplicações nas quais a qualidade da 
estrutura resultante da solidificação é muito importante, está relacionado com as 
características que o seu principal elemento de liga, o silício, confere às primeiras. O 
silício propicia a redução da contração durante a solidificação, reduz a porosidade 
nas peças fundidas, reduz o coeficiente de expansão térmica e melhora a 
soldabilidade (INFOMET, 2008). Além destas características, pode-se citar o 
aumento da fluidez, da fundibilidade, da resistência mecânica e da resistência às 
trincas de solidificação (FURLAN, 2008). 
O diagrama de equilíbrio de fases do sistema Al-Si é um eutético simples, 
como apresentado na figura 2.14. O sistema Al-Si, com solubilidade sólida limitada 
em ambas as extremidades, forma um eutético simples à temperatura de 577ºC para 
um teor de 12,6% em peso de silício. As ligas com menores teores de Si (5 a 7% Si) 
são normalmente empregadas para a fundição em moldes de areia, e ligas de maior 
teor (9 a 13% Si) são normalmente utilizadas em moldes permanentes ou sob 
pressão (HATCH, 1990). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.14 - Diagrama de fases Al-Si (Murray & MCAlister, 1998). 
 
Dependendo da quantidade de Si, as ligas são classificadas em: ligas 
hipoeutéticas (Si < 12,6%), ligas eutéticas (12,6% de Si) e ligas hipereutéticas (Si > 
40 
12,6%). Estas ligas são as mais usadas nos processos de fundição em areia, 
coquilha e fundição sob pressão (ROSSI, 2004). 
A maior parte das ligas de alumínio são polifásicas, isto é, formadas de uma 
matriz (solução sólida) e de fases precipitadas. A quantidade, tamanho, forma e 
distribuição destes precipitados dependem da composição química, do processo e 
técnica de fundição e dos tratamentos térmicos adotados (ROSSI, 2004). 
As ligas hipoeutéticas (teor de silício menor que 12,6%) são formadas por 
uma fase primária de alumínio com morfologia dendrítica e do eutético Al-Si. Os 
vazios entre esses ramos dendríticos são preenchidos por fases intermetálicas e 
pela estrutura eutética. O eutético Al-Si é do tipo anômalo, porque as características 
de crescimento do alumínio e do silício eutéticos são não-facetado e facetado, 
respectivamente (GRUGEL, 1993; ROSSI, 2004; PERES et al, 2005; MOREIRA e 
FUOCO, 2008; FURLAN, 2008). 
 
2.9.1 Aplicações da liga A356 
 
A liga de alumínio A356 é usada extensivamente em componentes de 
manufatura para indústria automotiva e aeroespacial devido a suas propriedades 
físicas e mecânicas (HERNÁNDEZ-PAZ; PARY; GRUZLESKI, 2004). 
As ligas de Al-Si-(Mg,Cu) são excelentes materiais candidatos para 
componentes estruturais de indústria automotiva e aeroespacial pelo seu baixo 
peso, que permite uma elevada capacidade de carregamento e, por sua comparável 
boa usinabilidade (CHAUDHURY; APELIAN, 2005). São utilizados em muitas 
aplicações estruturais que requerem uma alta resistência a baixo peso 
(SHIVLUMAR; RICCI; KELLER; APELIAN, 1990), alta resistência e tenacidade ao 
impacto, baixo coeficiente de expansão térmica e boa resistência a corrosão 
(MADELAINE-DUPUICH, 1996 apud MA; SAMUEL, 2004). 
Entretanto, para obter melhores propriedades, as ligas de alumínio têm que 
ser tratadas termicamente. Os componentes em alumínio podem ser reciclados com 
um nível relativamente baixo de consumo de energia. Ligas do tipo AlSiMg 
apresentam boa fundibilidade e a adição de Mg fazem delas tratáveis termicamente 
(PEDERSEN; ARNBERG, 2001). 
Alguns exemplos de aplicações são: 
41 
- Liga 356.0: peças de bomba de aeronave, caixa de transmissão automotiva, 
acessórios e peças de controle de aeronave, blocos cilíndricos refrigerados a água. 
Outras aplicações onde a excelente fundibilidade e boa soldabilidade, 
estanqueidade e boa resistência a corrosão são requeridos. 
- Liga A356.0: estrutura de aeronave e controles de motor, instalações de 
energia nuclear e outras aplicações onde alta resistência são requeridos (METALS 
HANDBOOK, 2004). 
2.9.2 Propriedades da liga A356 
 
2.9.2.1 Propriedades Físicas 
 
A tabela 2.1 mostra algumas das propriedades físicas da liga. 
 
TABELA 2.1 – Propriedades Físicas da Liga 356 (METALS HANDBOOK, 2004). 
Características Massa Térmica Fabricação 
Densidade 2,685g/cm3 ~20°C - - 
Calor Específico - 963J/Kg.K~100°C - 
Calor latente de fusão - 389 KJ/Kg - 
Temperatura Liquidus - 615°C - 
Temperatura Solidus - 555°C - 
Temperatura de Fusão - - 675°C a 815°C 
Temperatura de Vazamento - - 675°C a 790°C2.9.2.2 Composição Química 
Os limites máximos para composição das ligas 356 e A356 estão 
apresentados na tabela 2.2. 
 
TABELA 2.2 – Limite de Composição da liga 356 % em peso (METALS HANDBOOK, 2004). 
 Si Mg Cu Mn Fe Zn Ti 
Outros 
(cada) 
Outros 
(total) 
356.0 6,5 - 7,5 0,20 - 0,45 0,25 0,35 0,60 0,35 0,25 0,50 0,15 
A356.0 6,5 - 7,5 0,25 - 0,45 0,20 0,10 0,20 0,10 0,20 0,05 0,15 
 
 
 
 
 
42 
2.9.2.3 Elementos de ligas 
 
Os elementos de liga afetam significativamente as ligas de alumínio. Isto 
ocorre porque variações na composição podem influenciar a viscosidade, tensão 
superficial, intervalo de solidificação e o modo de solidificação das ligas. A fluidez do 
alumínio puro decresce rapidamente com a diminuição da pureza do metal. (RAVI, 
K.R. et al, 2007) 
O efeito do ferro, silício e do titânio quando adicionados em pequenas 
quantidades independentemente e combinados com alumínio de alta pureza (99,9 – 
99,7%) é apresentado na figura 2.15. Os resultados mostram que o silício foi o 
elemento que mais contribuiu para a redução da fluidez, a influência do ferro é 
pequena enquanto a do titânio é intermediaria. A grande diferença observada entre a 
fluidez do alumínio de alta pureza e a do comercial se dá em função da presença de 
silício. As ligas estudadas podem ser classificadas em dois grupos, um deles não 
contendo silício, apresentando boa fluidez e estruturas colunares, e outro contendo 
silício, apresentando boa fluidez e estruturas equiaxial. (RAVI, K.R. et al, 2007). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.15 – Efeito dos elementos de liga na fluidez do alumínio puro vazado em molde de 
areia, usando diferentes temperaturas de superaquecimento. (RAVI, K.R. et al, 2007) 
 
2.10 Usinabilidade do Alumínio 
 
De um modo geral, usinabilidade pode ser definida como uma grandeza 
tecnológica que expressa, por meio de um valor numérico comparativo (índice de 
43 
usinabilidade), um conjunto de propriedades de usinagem de um material em 
relação a outro tomado como padrão” (FERRARESI, 1977). 
Ao longo do século passado, a produção mundial das ligas de Alumínio saltou 
de cerca de 45mil toneladas para mais de 25 milhões de t/ano. Um dos fatores que 
tem acelerado este crescimento é a grande capacidade das ligas de Alumínio de 
substituírem os aços e ferros fundidos na fabricação de peças (podendo alcançar a 
mesma resistência destes materiais, porém com menor peso), além da alta 
resistência à corrosão, dureza e tenacidade. 
Essas características das ligas de Alumínio as tornam de grande aplicação na 
indústria aeronáutica e automobilística, principalmente as que contêm cobre, 
magnésio, manganês e Silício, tratáveis termicamente e encruáveis. 
Sua aplicação na indústria metal-mecânica tem também um apelo ecológico, 
uma vez que a redução de peso contribui para reduzir o impacto ambiental com 
menor consumo energético. A intensa presença das ligas de Alumínio na indústria 
automobilística e aeronáutica faz com que a usinagem das mesmas seja uma 
atividade de produção muito importante. 
Comparada aos aços, de maneira geral, as ligas de Alumínio são 
consideradas fáceis de usinar. Porém, características e propriedades mecânicas de 
alguns grupos de ligas de Alumínio, associados com as condições de corte, podem 
comprometer sua usinabilidade. Por exemplo, grupos de ligas de Alumínio com alta 
pureza ou com alto teor de Silício, tendem a apresentar altas temperaturas e forças 
de usinagem, acabamento superficial ruim, difícil controle do cavaco e altas taxas de 
desgaste e lascamentos. A usinabilidade das ligas de Alumínio, portanto, está 
intimamente ligada às propriedades físicas e mecânicas destas ligas. 
Muitos estudos têm sido conduzidos para investigar a influência de fatores e 
condições de corte sobre as características de usinabilidade (forças, temperatura e 
potência de corte; taxas de desgaste, controle do cavaco e integridade). Em todas 
essas pesquisas é peculiar a investigação das características de usinabilidade para 
uma ou duas ligas de Alumínio com propriedades mecânicas distintas. Não existem, 
entretanto, pesquisas que relacionem a usinabilidade com uma faixa ampla de 
propriedades mecânicas. 
 
 
44 
 
CAPÍTULO 3 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 Máquina e equipamentos utilizados nos ensaios. 
 
Os ensaios de fresamento frontal da liga de Alumínio-Silício A356 foram 
realizados no laboratório de processos de fabricação por usinagem do 
DEMEC/UFSJ, utilizando-se de um Centro de Usinagem DISCOVERY 560 – ROMI. 
O centro de usinagem CNC (Comando Numérico Computadorizado) pode ser 
visualmente comparado a uma fresadora CNC, mas as diferenças de programação 
são facilmente notadas após breve conhecimento das máquinas para uma justa 
comparação. 
O centro de usinagem faz claramente a função de uma fresadora CNC, mas o 
contrario torna-se pouco provável, dependendo do tipo de operação. Diferente da 
fresadora, o centro de usinagem trás uma série de ciclos que facilitam a 
programação, reduzindo significativamente o número de linhas de um programa. Os 
ciclos consistem basicamente em executar uma operação completa com apenas 
uma linha de comando e podem ser de diferentes tipos de usinagen: mandrilamento, 
furação direta, furação com quebra de cavaco, roscamento com macho, roscamento 
com interpolação de ferramenta, etc. 
Algumas Características do Romi Discovery 560 Centro de Usinagem são; 
Precisão de Posicionamento – 0,006mm; Repetitividade – 0,0025mm; Sistema de 
coordenadas com 4 eixos: “X, Y, Z e A” Avanço máximo nos eixos “X” e “Y” – 
30m/min.; Avanço máximo no eixo “Z” – 20m/min.; Rotação máxima do eixo árvore – 
10000 rpm; Plano de trabalho “X” e “Y” – 560mm x 400mm; Placa de Rotação do 
eixo “X” – 4º eixo (“A”); Magazine para 22 ferramentas com trocas automáticas; 
conforme mostrado na Fig. 3.1. 
 
 
 
 
 
45 
 
 
FIGURA 3.1 - Centro de Usinagem DISCOVERY 560 
 
O material a ser ensaiado foi fixado em um dispositivo anexo ao sistema de 
monitoramento constituído de dinamômetro piezoelétrico estacionário Kistler 9272 
com quatro canais, um amplificador de sinais Kistler 5070A e o software DynoWare, 
também fornecido pela Kistler (FIGURA 3.2 (a, b e c)). 
O sistema de aquisição de forças composto por estes equipamentos foi 
interligado com um microcomputador com processador Intel Pentium Dual Core 
2.2GHz com 2GB de memória RAM. 
 
 
FIGURA 3.2 – Montagem do Dinamômetro (a) Dinamômetro Kistler 9272; (b) 
amplificador de carga Kistler 5070A; (c) software kistler DynoWare. Fonte própria. 
 
A analise micrográfica do material foi realizada no microscópio Olympus BX 
51 que tem um sistema óptico UIS (Sistema Infinito Universal) e de tecnologia de 
fluorescência avançada ou contraste de interferência diferencial DIC (Normarski) 
46 
com câmera SC30 com objetiva de 50x, 100x, 200x, 500x e 1000x e software 
Stream motion para análise da microestrutura, Fig. 3.3 e Fig. 3.4. 
 
 
FIGURA 3.3 – corpos de prova (a),corpos de prova embutidos (b). Fonte própria. 
 
 
FIGURA 3.4 – Microscópio Olympus BX 51. Fonte própria. 
 
Para realizar as medições de rugosidade, os corpos de prova foram 
posicionados sobre uma mesa de desempeno retificada para proporcionar maior 
paralelismo e o suporte da agulha do rugosímetro, foi fixado a uma base para 
proporcionar a devida altura para medição e dar maior flexibilidade no manuseio 
conforme figura 3.5. Os parâmetros de rugosidade serão medidos na região inicial e 
final do corpo de prova usinado (três réplicas). 
a b 
47 
 
FIGURA 3.5- Rugosímetro surftest SJ-400 Mitutoyo. Fonte própria. 
 
3.2 Ferramenta de corte utilizada nos ensaios. 
 
A ferramenta de corte utilizada nos ensaios é de metal duro, a escolha se deu 
devido à pesquisa na literatura sobre fresamento de materiais não ferrosos, com isso 
foi possível observar o desempenho da ferramenta de metal