Processos de Fabricação por Usinagem

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Processos de
fabricação por
usinagem
Código: VEM 00013 1º Sem. 2022
Professor Murillo Romero
Aula 1 – Apresentação da
disciplina e introdução a usinagem
Apresentação
https://www.youtube.com/watch?v=UmwQjuJttwk
2
Planejamento da
disciplina Objetivos geral
• Proporcionar os conhecimentos básicos sobre o ferramental
para os processos de corte dos metais. Habilitar o aluno para a
seleção de máquina-ferramenta e para a determinação das
condições econômicas de fabricação.
Planejamento da disciplina
Objetivos específicos
• Permitir a visualização dos processos de usinagem com ferramentas de
geometria definida, introduzindo conceitos e terminologias atualizadas de
acordo com a ABNT.
• Apresentar os diferentes materiais empregados como ferramentas de
usinagem, bem como os mecanismos de desgaste que conduzem ao seu fim de
vida.
• Fundamentar o mecanismo de formação do cavaco e outros conceitos da
técnica, como forças e potências.
• Habilitar o aluno quanto à seleção econômica dos parâmetros de usinagem
com base nos tempos de processo e custos de fabricação.
Introdução
Perguntas que vocês deverão compreender ao final da
disciplina1. Como é formado um cavaco?
2. Quais são as principais ferramentas de corte e suas
diferenças.
3. Quais são os principais materiais empregados em
ferramentas de corte.
4. Como é analisado a força, potência e temperatura durante
um processo de corte.
5. Aspectos de um centro de usinagem CNC.
6. Que tipos de desgastes ocorrem nas ferramentas de corte.
7. Como otimizar a vida útil de uma ferramenta de corte.
Comunicação
• A comunicação fora de aula entre os alunos
e o professor se dará por meio da
plataforma Google Class Room.
• Nessa plataforma serão fornecidos
as notas de aula, listas de
exercícios, materiais
complementares, notas das provas,
etc.
• Além disso, os alunos podem retirar
dúvidas presencialmente marcando
horário com o professor em sala de
aula.
Parte prática
• Seguindo o plano da disciplina, serão realizadas 5
aulas práticas as quais estarão relacionadas com o
conteúdo das aulas teóricas anteriores.
• As aulas serão distribuídas ao longo do semestre.
• Para cada aula prática será requerido
a elaboração de um relatório em
grupo, o qual será avaliado e atribuído
uma nota que contará para a média
final.
• A nota final relativa as práticas será a
média das notas de cada relatório.
• Não serão aceitas relatórios entregue
com atraso (se atentar aos prazos apresentados
no Google Class Room).
Listas de exercícios
• A parte teórica será assistida por listas de exercícios para
que os alunos resolvam em casa.
• As listas de exercícios não terão caráter avaliativo, servindo
apenas como guia de estudo da disciplina.
Avaliação ❖Prova 1 (����)
❖Prova 2 (����)
❖Relatório (��)
���� = 0,3(��) + 0,35(��1)
+ 0,35(��2)
• Os alunos com nota final (NF) maior ou igual a 6 estarão aprovados.
• Os alunos que não obtiverem NF maior ou igual a 6 poderão realizar a
segunda chamada, que consistirá de uma prova abrangendo o
conteúdo da disciplina de menor desempenho do aluno.
• Caso ainda não seja aprovado, e apresente nota maior igual a 4, o
aluno poderá realizar a Verificação suplementar (VR).
• O aluno será aprovado após a VR se apresentar nota maior igual a 6.
Frequência
• De acordo com o ponto II do Art. 37 da Resolução CEPEx/UFF
Nº 637, de 02 de fevereiro de 2022, temos: “fica autorizado o
registro de frequência do discente em todos os componentes
curriculares, a partir do segundo semestre letivo de 2022.”
• Não será computada a frequência nas disciplinas durante o
primeiro semestre de 2022.
• Entretanto, a participação dos alunos nas aulas presencias é
fortemente recomendado.
Referências bibliográficas
Bibliografia básica
Ferraresi, D. Fundamentos
da Usinagem dos Metais. Editora Edgard Bluchër, 1970.
Diniz, A. E. et al. Tecnologia da
Usinagem dos Materiais. Artliber
Editora, 2003.
Teoria da Usinagem dos
Materiais, A. R. Machado, A.
M. Abrão, R.T. Coelho, M. B.
Silva, 2ª edição, Blucher, 2009.
Referências bibliográficas
Bibliografia complementar
❖ Freire, J.M. Tecnologia do Corte. Livros Técnicos e Científicos Editora,
1977.❖Giesecke, F.E. et al. Comunicação Gráfica Moderna. Bookman, 2002.
❖Pugh, S. Creating Innovative Products Using Total Design. Addison-Wesley Publishing Company,
1996.
❖McMahon, C. e Browie, J. CADCAM – From Principles to Pratice. Addison-Wesley Publishing
Company, 1993.
❖Santos, A. V. et al. Usinagem em Altíssimas Velocidades. Editora Érica, 2003.
❖Freire, J. M. Introdução às Máquinas Ferramentas. Editora Interciência,
1989.
❖C.S. Kiminami, W.B. Castro, M.F. Oliveira, Introdução aos Processos de Fabricação de Produtos
Metálicos, 2 ª Ed Edgard Blücher 2018
Ementa e provável
programação
Aula Data
29/mar 1
31/mar 1 Introduçã
05/abr 2 Gran
07/abr 2 Ge
12/abr Prat P
14/abr 3
19/abr 3
21/abr -
26/abr 4
28/abr 4
Ementa e provável
programação
Aula Data
03/mai 5
05/mai 5
10/mai Prat
12/mai Dúvid
a
17/mai Prova
19/mai Visto
24/mai 6 Ma
26/mai 6 Ma
31/mai Prat
02/jun 7
07/jun 7
Ementa e provável
programação
Aula Data
09/jun 8
14/jun Prat
16/jun -
21/jun 9
23/jun 9
28/jun 10
30/jun 10
05/jul Prat
07/jul Dúvid
a
12/jul Prova
14/jul Visto
Ementa e provável
programação
Aula Data
19/jul Prova
21/jul Visto
26/jul Prova
28/jul Visto
Ementa e provável
programação
Aula Data
29/mar 1
31/mar 1
05/abr 2
07/abr 2
12/abr Prat
14/abr 3
19/abr 3
21/abr -
29/mar 1
26/abr 4
28/abr 4
Ementa e provável
programação
Aula Data
29/mar 1
31/mar 1 Introduçã
05/abr 2 Gran
07/abr 2 Ge
12/abr Prat P
14/abr 3
19/abr 3
21/abr -
29/mar 1
26/abr 4
28/abr 4
Tópicos a abordar
• Processos de fabricação.
• Usinagem.
• Cavaco.
• Classificação dos processos de usinagem.
• Ferramentas monocortantes.
❖Torneamento.
❖Aplainamento.
• Ferramentas multicortantes.
❖Furação.
❖Fresamento.
❖Retificação.
Processos de
fabricação
• Atividade manufatureira -
processo de transformação
de matérias-primas em
produtos acabados (20 -
30% do PIB).
Parafusos
Automóveis
Aeronave comercial
Processos de fabricação
• Fabricação - são os processos envolvidos na manufatura. ❖ No
processo de fabricação, geralmente haverá mais de um método que
poderá ser empregado para produzir um determinado componente.
❖ O produto final é resultado de muitos processos diferentes.
Tipo de material
Propriedades finais
desejadas
Disponibilidade de
equipamento
Custo total de
processamento
Tamanho
/forma/complexidad
e
Tolerâncias
Projeto e custo
ferramental
Tempo
necessário
Número de partes
Experiência
operacional
Processo
subsequente
Taxa de produção
Processos de
fabr
icaç
ãoMetal
Líquido
Fundição
Produção
de
pó
Metalurgia
Lingotamento contínuo
Lingotamento
Convencional
do pó
Conformação de volume
Conformação
de chapas
Solda /
Junção
Tratamentos
Térmicos
Usinagem
Peça
acabada
24
Processos de
fabr
icaç
ãoMetal
Líquido
Fundição
Produção
❖ Proporciona excelente acabamento e
precisão
Lingotamento Lingotamento
de pó
(muito superiores a processos
como fundição
contínuo Convencional
Metalurgia
por exemplo).
❖ Pode ser aplicada em uma
ampla gama de
do pó
Conformação
materiais.
de volume
❖ Pode produzir formas complexas.
❖ Para tanto, gera desperdícios (desvantagem).
Tratamentos
Conformação
❖ Em geral as operações de usinagem levam mais
Térmicos
de chapas
Solda / Junção
tempo para dar a forma
a uma peça
(desvantagem).
Usinagem
Peça
acabada
26
Processos
de fabricação
Teoria da Usinagem dos Materiais, A. R.
Machado, 2ª edição, Blucher, 2009.
27
Definição - Usinagem
Usinagem é um conjunto de processos de manufatura nos quais uma ferramenta de corte
é usada para remover excesso de material (cavaco) de um sólido, de tal maneira que o
material remanescente tenha a forma da peça desejada. A ação predominante na
usinagem envolve deformação por cisalhamento e ruptura do material para formar um
cavaco; a medida que o cavaco é removido,uma nova superfície é formada.
Cavaco
28
Cavaco
Porção de material da peça retirada
pela ferramenta e caracterizada por
apresentar forma geométrica
irregular.
• O tipo de cavaco formado durante a
usinagem influencia significativamente o
acabamento superficial e a integridade
da superfície formada.
• Eles podem ser classificados em:
❖ Segmentados (descontínuos);
❖ Contínuos com aresta postiça (APC)
❖ Contínuos.
29
Usinagem
• Pode ser considerado um processo simples e complexo, ao
mesmo tempo.
Complexo Simples
Dificuldades em determinar as imprevisíveis
condições ideias de corte (aquelas capazes
de produzir peças dentro de especificações
de forma, tamanho e acabamento ao
menor custo possível).
Uma vez determinadas essas condições,
o cavaco se forma corretamente,
dispensando qualquer tipo de
intervenção do operador. É um processo
essencialmente prático, mas com
elevado número de variáveis.
• A natureza repetitiva de muitas dessas operações torna a
automação desejável, e máquinas controladas numericamente
(CNC) são amplamente utilizadas.
30
Usinagem - Vantagens
• A usinagem pode ser aplicada a uma grande variedade de
materiais.
• Pode gerar basicamente qualquer geometria regular, como:
❖ Superfícies planas;
❖ Superfícies curvas;
❖ Orifícios diversos.
❖ Geometrias irregulares (roscas e ranhuras).
❖ Formas complexas (combinação de sequência de operações). • Pela
combinação de diversas operações de usinagem pode-se obter
formas de alta complexidade e tolerâncias dimensionais
bastante estreitas (25 ����) com bons acabamentos
superficiais (���� ~ 0,4 ����).
• Bastante utilizada como processo de acabamento.
31
Usinagem - Desvantagem
• Desperdício de material – perda inerente de material. •
Consumo de tempo – pode ser maior que o de outros
processos.
• Dificuldade de análise dos processos devido: ❖
Encruamento prévio do material – afetas condições de corte.❖
Materiais diferentes apresentam características diferentes. ❖
As taxas de deformação envolvidas são muito altas.
❖ Os processos são assimétricos e sem restrições geométricas com os
contornos definidos somente pela geometria da ferramenta de corte. ❖
Os processos são muito sensíveis as variações de geometria da
ferramenta, material da ferramenta, temperatura, fluido de corte e
dinâmica (vibrações).
Classificação
• A usinagem pode ser classificada em desbaste e
acabamento.
Desbaste
elevada taxa de remoção de material,
sendo, portanto, limitado pela potência da
máquina- ferramenta.
Acabamento
remoção do sobremetal deixado pela
operação de desbaste (anterior); nesse
caso preza-se pela qualidade final do
produto (tolerância e acabamento).
33
Classificação
• Pode ser dividida em processos de corte que envolvem
ferramentas:
❖ Monocortantes (torneamento e aplainamento)
❖ Multicortantes (furação, fresamento e corte por serra, etc.)
❖ Abrasivos (retificação, usinagem ultrassônica, lixamento, etc.)
❖ Avançados - usam fontes de energia
elétrica, térmica, hidrodinâmica e
combinações destas para remover
material da peça (eletroerosão, feixe de
elétrons, usinagem eletroquímica, corte
Usinagem com jato d’agua e abrasivos, etc.)) a laser
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Classificação
• Pode ser classificado de acordo com a
operação de usinagem apresentada:
❖ Convencionais – executadas com
ferramentas de geometria definida.❖ Sem
geometria definida (operações de abrasão).
São apresentadas e agrupadas
de acordo com a máquina
ferramenta empregada.
Vamos ver alguns desses
processos com mais calma
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
35
Processos
• A maioria das operações de
usinagem mecânica é baseada
na geração de superfícies
planas ou cilíndricas, pois são
as mais
simples de produzir;
• A geração de novas superfícies
normalmente requer
movimento relativo
peça-ferramenta em duas
direções.
• Esses dois movimentos, junto
com a
Peça de trabalho
Ferramenta
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.
J., Elsevier (2003). Superfície de
trabalho
Superfície transiente
Superfície usinada
Velocidade
corte (����)
Avanço (f)
profundidade de corte (b)
produzem uma superfície
usinada.
Torneamento
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Ferramentas
monocortantes
Peça de trabalho
Haste
Parte
cortante
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.
J., Elsevier (2003).
Superfície de
trabalho
Superfície transiente
Superfície usinada
Velocidade
Face Canto
Eixo da
ferramenta
Base
Aresta principal
de corte
Flanco principal
Ferramenta
corte (����)
Esta aresta forma o
cavaco que desliza
pela face da ferramenta
Torneamento
Avanço (f)
37
Torneamento
• Destinado à obtenção de superfícies de revolução;
• A ferramenta atua em um único ponto na remoção do material da peça que, por sua
vez, é rotacionada em torno de seu eixo longitudinal (40 a 2500 rpm), enquanto a
ferramenta é conduzida longitudinalmente sobre a superfície da peça;
• A velocidade de corte varia na faixa de 10 a 1000 m/min;
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
38
Torneamento https://www.youtube.com/watch?v=S3-D4JXFE94
39
Torneamento
https://www.youtube.com/watch?v=7g1QIdfSRCo
40
Torneamento
• Muitas operações de usinagem são realizadas em um torno, incluindo:
torneamento cilíndrico, faceamento, rosqueamento, mandrilamento, etc.
Torneamento e
faceamento como movimentos de
ferramenta axial e radial
Torneamento cilíndrico
41
Torneamento
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
Torneamento cilíndrico interno
Operações adicionais
importantes realizadas
com tornos
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Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.Torneamento J., Elsevier (2003).
Parâmetros
importantes Movimento
primário
Superfície transiente
Superfície usinada
������
=����(���� +
����) 2
������ =
��������������
���� = �� sin ����
Onde:
�������� =
��������
���� =���� − ����
2
Superfície
de trabalho
Torneamento cilíndrico
Ferramenta Movimento de avanço, f
❖ ������ é velocidade de corte
média;
❖ N é frequência de rotação da
peça;❖ ����, ���� e ����
são dimensões da figura ao lado;❖
������ é taxa de remoção de
material; ❖ f é o avanço por
revolução;
❖ ���� é espessura do cavaco;
❖ ���� é o ângulo da aresta de
corte;
43
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.Torneamento J., Elsevier (2003).
Parâmetros
importantes
�������� =
��������
Movimento primário������ = ��������������
Superfície
Ferramenta
Movimento de avanço, f
usinada
Superfície
transiente
Superfície
de trabalho
Faceamento
���� = �� sin ����
Onde:
❖ ��������é máxima
velocidade de corte;❖ N é
frequência de rotação da peça;
❖ ����, ���� e ���� são
dimensões da figura ao lado;❖
������ é taxa de remoção
de material; ❖ f é o avanço por
revolução;
❖ ���� é espessura do cavaco;
❖ ���� é o ângulo da aresta
de corte;
44
Aplainamento
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
• Processo mecânico de usinagem
destinado à obtenção de superfícies
planas e outras geometrias de corte,
como, entalhes e rasgos produzidos ao
longo do comprimento de uma peça.
• Faz uso de uma ferramenta dotada de
um único gume cortante que arranca
o cavaco linearmente num movimento
de vai-e-vem.
• O corte é feito com o movimento ou
da peça ou da ferramenta.
45
Aplainamento
https://www.youtube.com/watch?v=62wDBzOWR6o
46
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.Aplainamento J., Elsevier (2003).
Superfície de
trabalho Superfície usinada
������ = ��������
���� = �� sin ����
Onde:
❖���� corresponde a profundida de corte.
Superfície
transiente
Aplainamento
Movimento de avanço, f
47
Ferramentas multicortantes
• Uma ferramenta de multicortante possui
mais de uma aresta de corte.
• Para incorporar as várias arestas de
corte, essas ferramentas normalmente
têm uma geometria mais complexa do
que as ferramentas de ponta única e,
portanto, são mais caras.
• No entanto, a vantagem é uma maior
taxa de remoção de metal, levando a
uma maior produtividade.Ferramentas multicortantes
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Furação
• Broca: ferramenta (cilíndricae
multicortante) gira e realiza o
movimento de avanço por meio de
furadeiras, podendo ser manual ou
automático.
• A principal operação é a produção do
furo, que depois pode ser modificado
por outra operação de furação.
• A furação é usada para abrir, alargar ou
dar acabamento em furos redondos na
peça.
Brocas
49
Furação
https://www.youtube.com/watch?v=CqhL_-
hchFo&list=PLxOZZaO8kSNj7er4AkEal03iDod9-NSq5
50
Furação
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
• Além da broca helicoidal, várias outras ferramentas são frequentemente
empregadas em prensas de perfuração para operações especializadas.
51
Furação
4���� =
��
��sin ����
������ =����
2����
���� =������
1000
Onde:
❖�� é o diâmetro do furo;
Furação
Principles of Metal Manufacturing
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013 Processes”, Beddoes, J., Bibby,
M.
J., Elsevier (2003).
52
Fresamento
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
• A ferramenta consiste em várias arestas de corte dispostas em torno de um eixo e
executa movimento rotativo, enquanto é pressionada contra a peça; • A peça
movimenta-se durante o processo.
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Fresamento
Fresamento
de topo
Fresamento
de face
Superfície
de trabalho
Movimento
de avanço, f
Superfície transiente
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.
J., Elsevier (2003).
Ferramenta
Mov.
primário
Superfície usinada
Peça de
trabalho
54
Fresamento Fresamento é o principal responsável pela fabricação de
engrenagens.
https://www.youtube.com/watch?v=hEOtFCPPAj8
55
Fresamento
• Existe uma variedade de fresas disponíveis para uma ampla gama de funções e
formatos.
❖ Tangencial (concordante ou discordante);
❖ Tangencial de canais ou de perfils;
❖ De topo;
❖ Frontal;
❖ Com fresa de topo esférica;
❖ De cavidades;
❖ Fresa rabo de andorinha;
❖ Rabo de andorinha invertido);
❖ Fresa escatelar;
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.
Fresamento J., Elsevier (2003).�� =����
Aresta de corte
Fuso da
ferramenta
������ ������ =
����������
���� =������
1000
Face
Flanco
���� =����
������
Onde:
������
���� dente
Eixo
Corpo
❖ ���� é o número de dentes da
fresa;❖ �� é o diâmetro da
ferramenta;❖ ���� é velocidade
de avanço;❖ �� é a largura de
corte.
Geometrias simplificada de fresamento
57
Retificação
• Consiste em processos de usinagem por abrasão, destinados à obtenção de superfícies
com auxílio de uma ferramenta abrasiva de revolução;
• A remoção do material é feita por cada grão abrasivo componente da ferramenta de corte;
❖ Importante, pois pode ser usado em
todos os tipos de metais, dúcteis e
endurecidos;
❖ Fornece um ótimo acabamento
superficial (rugosidade mínima de até
0,025 μm);
Retificadora
plana
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
58
Retificação
Retificadora
tangencial
plana
Kiminami et al., Ed. Blucher, 2013
Retificadora
cilíndrica
59
Retificação
https://www.youtube.com/watch?v=f8G_BRzUqQI
60
Principles of Metal Manufacturing
Processes”, Beddoes, J., Bibby, M.Retificação J., Elsevier (2003).Retificadora plana
Superfície de
trabalhoMov. primário
Mov. da peça de trabalho, ������
Rebolo
Superfície usinada
Movimento de
avanço cruzado
Superfície Peça de
trabalho transiente
Alimentação
cruzada
������������
���� =
������������
��
���� ≈ 0,00025 −
0,025 ����
Rebolo
Superfície de trabalho
Mov.
transversal
da peça de
Movimento
de avanço, f
Movimento
de avanço, f
Mov.
primário
Mov. da peça
de trabalho
���������������
���. =
��������������
Transversal
trabalho, ������
Superfície transiente
Retificadora
cilíndrica
61
Outros
processos
• Mandrilamento.
• Serramento.
• Brochamento.
• Rosqueamento.
Rosqueamento
Teoria da Usinagem dos Materiais, A. R.
Machado, 2ª edição, Blucher, 2009.
Resumo
DeGarmo’s, Materials and Processes in Manufacturing,11th Ed.,2012.
Torneamento
Furação
Fresamento Retificação
Serramento Aplainamento Brochamento
Ementa e provável
programação
Aula Data
29/mar 1
31/mar 1
05/abr 2
07/abr 2
12/abr Prat
14/abr 3
19/abr 3
21/abr -
29/mar 1
26/abr 4
28/abr 4