Parametros de usinagem

Prévia do material em texto

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS 
GERAIS 
 
Graduação em Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
 
Samuel Aurélio Santos Reis 
Matricula: 547929 
 
 
 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO DE CONFORMAÇÃO E USINAGEM 
 
Parâmetros de Usinagem: Torneamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belo Horizonte 
2021 
1. Introdução 
Os parâmetros de usinagem são grandezas numéricas, as quais fazem 
referência aos valores de deslocamento da ferramenta ou da peça, 
correspondentes ao tipo trabalho a ser realizado, ao material a ser usinado e ao 
material das ferramentas. Essas grandezas, colaboram na obtenção de uma 
usinagem de melhor qualidade, são considerados como principais parâmetros: 
 Velocidade de corte (Vc): é tida como o principal parâmetro de 
usinagem, já que é responsável pela vida útil da ferramenta, dos 
tempos produtivos e do acabamento da peça usinada; 
 Avanço (f): o movimento de avanço é o deslocamento da ferramenta 
por rotação da peça, ou da própria ferramenta, medido no plano de 
trabalho. O avanço a ser utilizado irá depender fundamentalmente do 
acabamento superficial exigido; 
 Profundidade de corte (ap): é o parâmetro relacionado ao valor 
retirado do raio da peça (resultando na alteração do diâmetro de duas 
vezes o valor da ap). 
Figura 1- Parâmetros de usinagem 
2. Objetivo 
O objetivo dessa prática é verificar a interferência dos parâmetros de 
entradas, mediante alterações dos mesmos (Vc, f, ap), no processo de 
torneamento. Para esse experimento, serão utilizadas duas ferramentas 
diferentes, de metal duro, as quais, serão analisadas na final da prática. 
 Durante a prática, deseja-se avaliar os valores dos seguintes coeficientes: 
o Força de corte (Fe) 
 Método Prático; 
 Método Analítico. 
o Acabamento superficial da Peça (Ra e Rt) 
o Cavaco 
 Tonalidade 
 Morfologia 
 Dimensional 
 b (largura) ; h (espessura) 
o Desgaste das Ferramentas 
3. Práticas 
3.1. Pratica (1/3) 
Inicialmente realiza-se uma operação de desbaste no tarugo de diâmetro 
igual a 73,0mm a fim de remover a carepa proveniente do processo de 
conformação do material. Após este desbaste o diâmetro obtido foi 72,0mm. Em 
seguida foi selecionada uma ferramenta de corte CNMG-120408-MA. Ajustou-
se os parâmetros do torno CNC com ap=1mm e f=0,2mm/rot, e elaborou-se um 
programa para usinar o eixo variando a velocidade de corte ao longo do 
comprimento, conforme abaixo: 
 
Figura 2 - Velocidades de corte empregadas em cada seção dos corpos de prova 1 e 2 
Em seguida repetiu-se este mesmo procedimento no segundo corpo de 
prova, o qual tem o mesmo material e dimensões, porém foi utilizado uma 
ferramenta de corte CNMG-120408-MJ. Foram colhidas amostras do material 
removido para cada velocidade de corte empregada. 
3.2. Pratica (2/3) 
Nessa etapa da prática foi realizado o mesmo procedimento de desbaste, 
que nos corpos de prova 1 e 2 com as mesmas ferramentas (CNMG-120408-MA 
e CNMG-120408-MJ). Ajustou-se a velocidade de corte em 200m/min e a 
profundidade de corte em 1,0mm. O avanço foi variado em três níveis, conforme 
a figura abaixo: 
 
Figura 3- Avanço empregado em cada seção dos corpos de prova 3 e 4 
3.3. Pratica (3/3) 
Nessa última etapa da prática, assim como nas etapas anteriores, foram 
realizadas operações de desbaste com as mesmas ferramentas (CNMG-
120408-MA e CNMG-120408-MJ). Ajustou-se a velocidade de corte em 
200m/min e o avanço em 0,20 mm/rev. A profundidade de corte foi variada em 
três níveis, conforme a figura a seguir: 
 
Figura 4 - Profundidade de corte empregada em cada seção dos corpos de prova 5 e 6. 
 Durante as 3 etapas de práticas, também foram coletados os seguintes 
dados: corrente em vazio (IV) e de trabalho (IT) do equipamento, espessura (h) 
e largura (b) dos cavacos, rugosidade média (Ra) e total (Rt) dos eixos. Os 
cavacos gerados também foram avaliados quanto a sua forma e tonalidade. 
4. Resultados das praticas 
4.1. Primeira etapa (1/3) – variação da velocidade de corte (Vc) 
A tabela 1 relaciona os dados registrados para as ferramentas MA e MJ na 
primeira etapa da prática: 
Velocidade de corte 
(m/min) 
Dados MA MJ 
50 
IV (A) 1,85 1,95 
IT (A) 4,6 4,3 
h (mm) 0,65 0,65 0,60 
Média = 0,63 
0,55 0,60 0,55 
Média = 0,56 
b (mm) 1,60 1,65 1,55 
Média = 1,6 
1,70 1,55 1,80 
Média = 1,68 
Ra (μm) 2,41 2,36 2,09 
Média = 2,29 
1,86 2,03 2,16 
Média = 2,02 
Rt (μm) 15,65 21,52 20,38 
Média = 19,18 
10,50 12,07 12,10 
Média = 11,56 
80 
IV (A) 2,15 2,25 
IT (A) 6,12 5,6 
h (mm) 0,70 0,75 0,60 
Média = 0,68 
0,60 0,50 0,50 
Média = 0,53 
b (mm) 1,70 1,75 1,70 
Média = 1,71 
1,60 1,75 1,65 
Média = 1,67 
Ra (μm) 1,72 1,71 1,97 
Média = 1,80 
1,90 1,89 1,91 
Média = 1,90 
Rt (μm) 9,56 9,22 10,97 
Média = 9,92 
11,24 11,41 11,21 
Média = 11,29 
150 
IV (A) 3,10 9,3 
IT (A) 8,75 13,4 
h (mm) 0,55 0,60 0,55 
Média = 0,56 
0,55 0,45 0,60 
Média = 0,53 
b (mm) 1,60 1,70 1,60 
Média = 1,63 
1,60 1,60 1,55 
Média = 1,58 
Ra (μm) 1,70 1,63 1,76 
Média = 1,70 
1,93 1,69 1,80 
Média = 1,81 
Rt (μm) 9,62 10,22 10,69 
Média = 10,18 
11,47 11,83 10,64 
Média = 11,31 
Tabela 1 - Grandezas coletadas via medição direta na primeira etapa 
As tabelas 2 e 3 a seguir, demonstram a avaliação e comparação dos 
cavacos gerados nos processos de usinagem realizados, quanto a sua 
morfologia e tonalidade. 
 
Velocidade de corte (m/min) 
50 80 150 
Imagem 
 
Morfologia Hélice curta / pedaços Espiral mais longo Espiral médio 
Tonalidade Azul Azul Azul 
Tabela 2 - Avaliação dos cavacos gerados na usinagem o corpo de prova 1 (usinado com ferramenta do 
tipo MA) 
 
Velocidade de corte (m/min) 
50 80 150 
Imagem 
 
Morfologia Em hélice Hélice media / vírgula Em hélice mais longo 
Tonalidade Azul Azul Azul 
Tabela 3 - Avaliação dos cavacos gerados na usinagem o corpo de prova 2 (usinado com ferramenta do 
tipo MJ) 
Utilizando formulas teóricas calculou-se a força de corte, a potência de corte, 
a potência ativa, a rugosidade Ra e a rugosidade Rt. Os valores obtidos estão 
relacionados na tabela 4: 
 MA MJ 
Velocidade de corte (m/min) 50 80 150 50 80 150 
Força de corte [N] 
𝑭𝒄 = 𝑲𝒔𝟏 ∙ 𝒉
(𝟏−𝒛) ∙ 𝒃 
2099,7 2380 1953,6 2013,5 1918,5 1815,1 
Força de corte em analogia à 
potência [N} 
𝑭𝒄 =
𝑽 ∙ ∆𝑰 ∙ √𝟑 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝝋 ∙ 𝜼 ∙ (𝟔 ∙ 𝟏𝟎𝟒)
𝑽𝒄
 
917700,8 828016,4 628486 784217,0 698704,0 456069,5 
Rugosidade média (μm) 
𝑹𝒂 = 
𝒇𝟐
𝟑𝟏, 𝟐 ∙ 𝒓𝜺
 
0,0016 
Rugosidade total (μm) 
𝑹𝒕 = 
𝒇𝟐
𝟖 ∗ 𝒓𝜺
 
0,0062 
Tabela 4 - Grandezas calculadas na primeira etapa 
Obs.: Ks1 = 1873,07N/mm2; (1-z) = 0,77; V = 220V; cosφ = 0,82; η = 0,89; rε = 0,8mm. 
Após ter obtido os valores de força de corte (Fc), por dois métodos diferentes 
(prático e analítico), adjunto com os valores da velocidade de corte (Vc) e da 
rugosidade, gerou-se os seguintes gráficos para cada uma das ferramentas 
utilizadas. 
 
 
 
 
0
200000
400000
600000
800000
1000000
50,00 80,00 150,00
Fo
rç
a 
d
e 
C
o
rt
e 
 [
N
]
Velocidade de Corte [m/min]
Força de Corte (Fc) - Método Prático 
MA MJ
0
500
1000
1500
2000
2500
50,00 80,00 150,00
Fo
rç
a 
d
e 
C
o
rt
e 
 [
N
]
Velocidade de Corte [m/min]
Força de Corte (Fc) - Método Analítico 
MA MJ
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 25 50 75 100 125 150 175
R
u
go
si
d
ad
e 
[μ
m
]
Velocidade de Corte [m/min]
Rugosidade (MA) x Velocidade de corte
Ra (MA) Rt (MA)
 
4.2. Segunda etapa (2/3) – Variação de Avanço (∆𝒇) 
A tabela 5 relaciona os dados registrados para as ferramentas MA e MJ na 
segunda etapa da prática: 
Avanço (mm/ver) Dados MA MJ 
0,06 
IV1 (A) 3,90 13,6 
IT1 (A) 6,30 16,8 
h1 (mm) 0,25 0,30 0,25 
Média = 0,26 
0,25 0,25 0,25 
Média = 0,25 
b1 (mm) 1,20 1,20 1,15 
Média = 1,181,35 1,35 1,30 
Média = 1,33 
Ra1 (μm) 0,76 0,65 0,60 
Média = 0,67 
0,48 0,50 0,51 
Média = 0,50 
Rt1 (μm) 7,73 8,38 6,41 
Média = 7,51 
3,46 3,57 3,82 
Média = 3,62 
0,20 
IV2 (A) 3,70 3,67 
IT2 (A) 8,95 8,40 
h2 (mm) 0,45 0,50 0,50 
Média = 0,48 
0,50 0,55 0,55 
Média = 0,53 
b2 (mm) 1,50 1,45 1,45 
Média = 1,46 
1,60 1,55 1,45 
Média = 1,53 
Ra2 (μm) 1,50 1,53 1,58 
Média = 1,54 
1,59 1,57 1,54 
Média = 1,57 
Rt2 (μm) 8,98 9,24 9,97 
Média = 9,40 
10,48 9,90 9,27 
Média = 9,88 
0,40 
IV3 (A) 3,80 3,50 
IT3 (A) 13,15 10,80 
h3 (mm) 0,95 0,90 0,80 
Média = 0,88 
1,40 1,25 1,35 
Média = 1,33 
b3 (mm) 1,90 2,30 1,95 
Média = 2,05 
1,60 1,60 1,90 
Média = 1,7 
Ra3 (μm) 3,23 3,31 3,42 
Média = 3,32 
4,51 4,41 4,92 
Média = 4,61 
Rt 3 (μm) 17,88 17,08 18,34 
Média = 17,77 
19,70 19,44 21,23 
Média = 20,12 
Tabela 5 - Grandezas coletadas via medição direta na segunda etapa 
As tabelas 6 e 7 fornecem uma avaliação e comparação dos cavacos 
gerados nos processos de usinagem realizados: 
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
0 25 50 75 100 125 150 175
R
u
go
si
d
ad
e 
[μ
m
]
Velocidade de Corte [m/min]
Rugosidade (MJ) x Velocidade de corte
Ra (MJ) Rt (MJ)
 
Avanço (mm/rev) 
0,06 0,20 0,40 
Imagem 
 
Morfologia Em fita Espiral em pedaço Em pedaços 
Tonalidade Azul Azul Azul 
Tabela 6 - Avaliação dos cavacos gerados na usinagem o corpo de prova 3 (usinado com ferramenta do 
tipo MA) 
 
Avanço (mm/rev) 
0,06 0,20 0,40 
Imagem 
 
 
Morfologia Em fita Em espiral Em vírgula/ pedaços 
Tonalidade Azul Azul Azul 
Tabela 7 - Avaliação dos cavacos gerados na usinagem o corpo de prova 4 (usinado com ferramenta do 
tipo MJ) 
Utilizando formulas teóricas calculou-se a força de corte, a potência de corte, 
a potência ativa, a rugosidade Ra e a rugosidade Rt. Os valores obtidos estão 
relacionados na tabela 8: 
 MA MJ 
Avanço (mm/rev) 0,06 0,20 0,40 0,06 0,20 0,40 
Força de corte [N] 
𝐹𝑐 = 𝐾𝑠1 ∗ ℎ
(1−𝑧) ∗ 𝑏 
783,36 1554,04 3479,84 856,68 1757,67 3966,14 
Força de corte em analogia à 
potência [N} 
𝑭𝒄 =
𝑽 ∙ ∆𝑰 ∙ √𝟑 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝝋 ∙ 𝜼 ∙ (𝟔 ∙ 𝟏𝟎𝟒)
𝑽𝒄
 
200225,6 437993,5 780045,6 266967,5 394611,3 609019,6 
Rugosidade média (μm) 
𝑅𝑎 = 
𝑓2
31,2 ∗ 𝑟𝜀
 
0,00014 0,0016 0,0064 0,00014 0,0016 0,0064 
Rugosidade total (μm) 
𝑅𝑡 = 
𝑓2
8 ∗ 𝑟𝜀
 
0,00056 0,0062 0,025 0,00056 0,0062 0,025 
Tabela 8 - Grandezas calculadas na segunda etapa 
Obs.: Ks1 = 1873,07N/mm2; (1-z) = 0,77; V = 220V; cosφ = 0,82; η = 0,89; rε = 0,8mm. 
Os gráficos 3 e 4 relacionam força de corte e rugosidades Ra e Rt com os 
avanços: 
 
 
 
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Fo
rç
a 
d
e 
C
o
rt
e 
 [
N
]
Avanço[mm/rev]
Força de Corte (Fc) - Método Analítico 
MA MJ
0
200000
400000
600000
800000
1000000
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Fo
rç
a 
d
e 
C
o
rt
e 
 [
N
]
Avanço[mm/rev]
Força de Corte (Fc) - Método Pratico 
MA MJ
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
R
u
go
si
d
ad
e 
[μ
m
]
Avanço[mm/rev]
Rugosidade (MA) x Avanço (mm/rev)
Ra (MA) Rt (MA)
 
4.3. Terceira etapa (3/3) – Variação da profundidade de corte (ap) 
A tabela 9 relaciona os dados registrados para as ferramentas MA e MJ na 
terceira etapa da prática: 
Profundidade de corte 
(mm) 
Dados MA MJ 
0,2 
IV1 (A) 5,0 4 
IT1 (A) 7,22 5,35 
h1 (mm) 0,24 0,25 0,24 
Média = 0,24 
0,35 0,33 0,36 
Média = 0,34 
b1 (mm) 0,64 0,65 0,65 
Média = 0,64 
0,57 0,59 0,58 
Média = 0,58 
Ra1 (μm) 1,68 1,64 1,67 
Média = 1,66 
1,77 1,74 1,72 
Média = 1,74 
Rt1 (μm) 13,03 11,86 11,62 
Média = 12,17 
10,84 10,10 10,42 
Média = 10,45 
1,0 
IV2 (A) 5,10 3,2 
IT2 (A) 12,70 7,3 
h2 (mm) 0,41 0,44 0,44 
Média = 0,43 
0,41 0,41 0,39 
Média = 0,40 
b2 (mm) 1,54 1,57 1,59 
Média = 1,56 
1,51 1,50 1,54 
Média = 1,51 
Ra2 (μm) 1,97 1,85 1,81 
Média = 1,88 
2,02 1,95 1,99 
Média = 1,99 
Rt2 (μm) 11,76 11,67 10,86 
Média = 11,43 
11,76 12,36 11,73 
Média = 11,95 
2,5 
IV3 (A) 5,30 3,2 
IT3 (A) 18,80 12,8 
h3 (mm) 0,56 0,60 0,59 
Média = 0,58 
0,47 0,45 0,47 
Média = 0,46 
b3 (mm) 2,92 2,86 2,97 
Média = 2,91 
2,89 2,88 2,91 
Média = 2,89 
Ra3 (μm) 1,92 2,03 2,04 
Média = 2,00 
2,02 1,97 2,04 
Média = 2,01 
Rt 3 (μm) 10,19 12,09 11,35 
Média = 11,21 
12,84 12,22 12,76 
Média = 12,61 
Tabela 9 - Grandezas coletadas via medição direta na terceira etapa 
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
R
u
go
si
d
ad
e 
[μ
m
]
Avanço[mm/rev]
Rugosidade (MA) x Avanço (mm/rev)
Ra (MJ) Rt (MJ)
As tabelas 10 e 11 fornecem uma avaliação e comparação dos cavacos 
gerados: 
 
Profundidade de corte (mm) 
0,2 1,0 2,5 
Imagem 
 
Morfologia Fita Helicoidal Em virgula/ pedaços 
Tonalidade Bronze Azul Cinza 
Tabela 10 - Avaliação dos cavacos gerados na usinagem o corpo de prova 5 (usinado com ferramenta 
do tipo MA) 
 
Profundidade de corte (mm) 
0,2 1,0 2,5 
Imagem 
 
Morfologia Fita Em pedaços Em pedaços 
Tonalidade Bronze Azul Azul 
Tabela 11 - Avaliação dos cavacos gerados na usinagem o corpo de prova 6 (usinado com ferramenta 
do tipo MJ) 
Utilizando formulas teóricas calculou-se a força de corte, a potência de corte, 
a potência ativa, a rugosidade Ra e a rugosidade Rt. Os valores obtidos estão 
relacionados na tabela 12: 
 MA MJ 
Profundidade de corte (mm) 0,2 1,0 2,5 0,2 1,0 2,5 
Força de corte [N] 
𝐹𝑐 = 𝐾𝑠1 ∗ ℎ
(1−𝑧) ∗ 𝑏 
399,48 1525,6 3583,3 473,4 1396,7 2977 
Força de corte em analogia a 
potencia [N] 
𝐹𝑐 =
𝑽 ∙ ∆𝑰 ∙ √𝟑 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝝋 ∙ 𝜼 ∙ (𝟔 ∙ 𝟏𝟎𝟒)
𝑉𝑐
 
185208,7 634047,8 1126269,1 112627 342052,1 800902,5 
Rugosidade média (μm) 
𝑅𝑎 = 
𝑓2
31,2 ∗ 𝑟𝜀
 
0,0016 
Rugosidade total (μm) 
𝑅𝑡 = 
𝑓2
8 ∗ 𝑟𝜀
 
0,0062 
Tabela 12 - Grandezas calculadas na terceira etapa 
 
 
 
 
5. Análise de desgaste 
5.1. Ferramenta CNMG-120408-MA 
 
 
 
 
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Fo
rç
a 
d
e 
C
o
rt
e 
 [
N
]
Profundidade de corte [mm]
Força de Corte (Fc) - Método Analítico 
MA MJ
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Fo
rç
a 
d
e 
C
o
rt
e 
 [
N
]
Profundidade de corte [mm]
Força de Corte (Fc) - método Prático 
MA MJ
 
Na ferramenta MA como pode-se perceber em uma das ampliações 
realizadas, existe um desgaste por abrasão na região do flanco da peça. É 
plausível também, levantar analise para regiões as quais sofreram com um 
possível processo de lascamento. Utilizando de uma maior ampliação (300x), 
podemos em fim vir a observar a presença de várias trincas na superfície, pelo 
fato de ter nitrito de titânio, material extremamente frágil, porém um material 
essencial para a peça, já que além de um alto nível de dureza ele auxilia na 
redução do coeficiente de atrito 
 
5.2. Ferramenta CNMG-120408-MJ 
 
 
 
Na ferramenta MJ pode-se perceber nitidamente o processo de adesão na 
aresta de corte e na ponta da peça. Com uma ampliação maior, pode-se analisar 
mais facilmente a “cratera” presente na peça e perceber uma quebra no quebra 
cavaco, provocada possivelmente pelo cavaco. Além disso percebe-se também 
a uma região com adesão de matéria, próximo ao quebra cavaco. 
6. Conclusão 
A força de corte para a ferramenta 120408-MA foi, inicialmente, menor que 
a da segunda ferramenta CNMG-120408-MJ. Isso ocorreu porque o tipo de 
revestimento dessa ferramenta reduz o coeficiente de atrito da superfície de 
saída, facilitando a saída do cavaco. É notável, contudo, que para velocidades 
de corte superiores a 200m/mim a forçade corte da MJ tende a aumentar. Uma 
provável explicação para isso é que o aumento da temperatura gerado pela alta 
velocidade de corte tenha gerado adesão do material da peça na ferramenta 
durante o corte. Para este tipo de operação, a ferramenta MA teve melhor 
aproveitamento, pois seu revestimento tem elevada inércia química, o que 
reprimi a adesão de material. 
Os cálculos teóricos de rugosidade não são muito adequados, pois não 
consideram muitas variáveis que interferem no processo, tais como uso de fluido 
de corte, material da ferramenta, velocidade de corte, etc. Por esta razão valores 
obtidos pela relação teórica não condizem com os medidos experimentalmente.