Fundamentos da Usinagem dos Materiais

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Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Introdução 
 
Capítulo 1 
 
Introdução 
 
O conteúdo deste livro aborda, como tema principal, os processos de fabricação por 
usinagem. Antes, porém, de chegar à etapa de fabricação, o produto passa pelas 
fases de estudo e elaboração. Neste capítulo são apresentadas as etapas da 
produção de peças usinadas tendo como ponto de partida os principais tópicos 
referentes à METODOLOGIA DE ELABORAÇÃO DO PROJETO e em seguida é 
feita uma explanação a respeito dos processos de fabricação, com ênfase para o 
foco deste trabalho, que é o estudo da USINAGEM. 
 
1.1 - Metodologia de Elaboração de Projeto 
 
No final da década de 1990, um novo termo surge para descrever uma nova era de 
incertezas especulativas e produtivas que atingiram o mundo: “a Globalização”. 
Nesse cenário especulativo, grandes indústrias e até mesmo países tornam-se 
vítimas de ataques à sua imagem e integridade financeira. Observando esses 
aspectos, as indústrias produtoras de bens de consumo passam a necessitar cada 
vez mais de metodologias capazes de administrar de forma efetiva a criação e 
fabricação de novos produtos, visando sempre atender ou superar as expectativas 
do consumidor. Só assim conseguirão disponibilizar seus novos produtos com 
rapidez, em um mercado altamente competitivo. 
O projeto de um componente ou sistema apresenta particularidades mas, à medida 
que um projeto é iniciado e desenvolvido, observa-se uma seqüência de eventos, em 
ordem cronológica que formam um modelo, que na maioria dos casos é comum a 
vários projetos (Back, 1983). A metodologia de caráter geral pode ser dividida em 
quatro fases principais: 
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 Fundamentos da Usinagem dos Materiais – Introdução 
 
 
• 1a Fase - Estudo de viabilidade: Durante esta fase são estudadas as 
necessidades do mercado. Procura-se determinar as características necessárias 
ao produto que garantam a sua aceitação pelos consumidores. Além disso, são 
determinadas as necessidades econômico financeiras para a sua produção e a 
alocação de recursos que serão utilizados no decorrer de todo o processo. Nessa 
fase são levantadas as primeiras soluções do problema proposto. 
• 2a Fase - Avaliação do produto: As concepções apresentadas na fase anterior 
serão avaliadas segundo critérios estabelecidos. Nessa fase surgirão novas 
concepções e melhorias para as já estabelecidas. Com a sua conclusão a solução 
principal para o problema estará definida, podendo ainda apresentar 
conjuntamente um pequeno número de soluções alternativas. 
• 3a Fase - Detalhamento do produto: O produto delimitado na segunda fase será 
detalhado, as soluções propostas são avaliadas e se o projeto apresentar 
chances reais de sucesso será encaminhado para a execução. 
• 4a Fase - Execução do produto: As etapas necessárias a produção do projeto 
especificado são realizadas. Produções de pilotos, pré-série e produção em série 
ocorrem de acordo com a realidade do mercado e características do produto. 
Na Figura 1.1 é apresentado o modelo para a primeira fase do desenvolvimento de 
projetos. O fluxograma pode ser dividido em três grupos principais: levantamento das 
necessidades, conceituação e análise de viabilidade. O termo conceituação é 
entendido como a determinação de soluções viáveis para as necessidades 
encontradas na análise do mercado (Ertas e Jones, 1994). Existem várias técnicas 
desenvolvidas para se atingir um número de soluções viáveis e com chances de 
tornarem-se produtos de sucesso. Ullman (1992) sugere duas técnicas de grande 
importância para conceber soluções para o problema em questão: Decomposição 
Funcional e Determinação de Soluções a partir das Funções. Existe uma diversidade 
de métodos propostos para conceber soluções como: ”brainstorming” (Ullman, 1992; 
Back, 1983; Ertas e Jones, 1994), método morfológico, inversão, analogia, fantasia, 
empatia, sinergia, técnica da caixa preta (Asimow, 1968), soluções dos usuários, 
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serviços, competidores e outras firmas (Urban, 1993), patentes, livros de referência e 
revistas especializadas, consultas a especialistas (Ullman, 1992), entre outros. 
 
não
sim
Informações
gerais
Informações
de mercado
Análise de 
necessidades
Possíveis
compradores
Válidos ?
não
sim
Informações
tecnológicas
não
sim
Explorar sistemas
envolvidos
Proposições 
técnicas
Relevantes
Completas ?
não
sim
Criatividade Soluçõesalternativas
Soluções
propostas
Plausíveis ?
Experiência
tecnológica
Viabilidade 
física
Fisicamente
realizável ?
Soluções
construtivas
não
sim
Viabilidade
econômica
Fatores
econômicos
Modelos de
custo
Lucro ?
não
sim
Viabilidade
financeira investimento
Fontes de
Existe
capital ?
Conjunto de
soluções possíveis
2a Fase : Projeto preliminar
Teste de 
princípios
 
Figura 1.1 – Primeira Fase - Estudo de Viabilidade. 
 
De posse de um conjunto de soluções para as necessidades determinadas, deve-se 
filtrar e avaliar essas soluções por meio de um estudo de viabilidade física, 
econômica e financeira (Back, 1983). O objetivo do estudo de viabilidade é 
basicamente assegurar que o projeto, ao entrar na fase de detalhamento, será 
aceitável tanto do ponto de vista técnico quanto econômico. Esse estudo irá sugerir 
alterações para as soluções encontradas, adequando-as aos aspectos já referidos. 
Viabilidade Física: Uma solução será a primeira vista: fisicamente viável, funcional 
sob condições ou aparentemente inviável (Ullman, 1992). Sendo necessário um 
estudo detalhado para garantir a sua determinação. Essa avaliação é feita segundo 
critérios técnicos estudados pelo engenheiro em sua formação. Uma solução pode 
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ser aparentemente inviável quando ao primeiro contato do observador, baseado na 
sua experiência, é verificada a impossibilidade de funcionamento ou execução. 
Porém, isso não é suficiente para determinar a falência de uma idéia. É necessário 
determinar o porquê da sua inexeqüibilidade física. Acima de tudo, deve-se evitar 
rejeitar uma idéia pelo fato de ela implicar em inovação técnica, pois “existe uma 
tendência natural em preferir o tradicional à inovação” (Ullman, 1992). 
Uma solução pode ser funcional sob condições quando para sua realização é 
necessário o cumprimento de uma condição específica, por exemplo, a solução 
funcionará se for implementado um avanço tecnológico específico. E finalmente, a 
solução fisicamente viável é aquela que após estudos detalhados, sugestões de 
modificações e melhorias não apresenta problemas construtivos ou conceituais. 
 
Viabilidade econômica: Um objeto para ser tópico adequado de um projeto de 
engenharia deve passar em um teste de compensação econômica, isto é, deve ser 
de suficiente valor para compensar o esforço (Asimow, 1968). Valor tem uma 
conotação que é singularmente pessoal. A única medida objetiva encontra-se no 
mercado. Quando se pode aplicar este instrumento de medida, os resultados podem 
ser quantitativamente estimados e expressos em termos de dinheiro. Caso contrário, 
os valores permanecem subjetivos. Segundo Buarque (1989), o projetista deve estar 
preparado e capacitado a avaliar os estados econômicos do produtor, distribuidor e 
consumidor, pois cada um deles possui interesses específicos e a adaptação do 
projeto a suas necessidades irá fornecer uma solução com provável viabilidade 
econômica. 
 
Viabilidade financeira: Um projeto pode apresentar méritos sob todos os pontos de 
vista e ser de um grande valor econômico, mas sua realização necessita de recursos 
econômicos não disponíveis (Asimow, 1968). O projeto deve ser examinado com 
relação a sua viabilidade financeira, antes que sejam feitas despesas substanciais 
com o seu trabalho. Pode ser quealgumas das soluções propostas acarretem mais 
demanda financeira que outras; algumas podem exigir maiores recursos financeiros 
do que os disponíveis e devem ser, por conseguinte, abandonadas. 
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1.1.1 - Projeto Preliminar 
Na Figura 1.2 é apresentada a morfologia do projeto preliminar. Essa fase inicia-se 
com um conjunto de soluções úteis que foram desenvolvidas no estudo de 
viabilidade. 
 
não
sim
Estudo da
viabilidade
Experiência
do grupo
Seleção da 
melhor solução
Primeira solução
Melhor ?
não
sim
Recursos
matemáticos
não
sim
Formulação do
modelo matemático
Dados da 
simulação
Válidos
Suficientes ?
não
sim
Análise de sensibilidade
e compatibilidade das variáveis
Otimização dos 
parâmetros
Adequados ?
Valores dos
não
sim
Testar processo
e prever desempenho
Testes de
laboratório
testes
Aceitáveis ?
não
sim
Simplificação Experiência
Melhor
mais barato ?
Projeto melhorado
Recursos
matemáticos
Sensibilidade
identificada
Grau de sensibilidade
das variáveis
Recursos
matemáticos
parâmetros
Dados dos 
3a Fase: Projeto detalhado
 
Figura 1.2 – Segunda Fase - Projeto Preliminar. 
 
O objetivo de um projeto preliminar é estabelecer qual das alternativas propostas 
apresenta a melhor concepção para o projeto. Cada uma das soluções alternativas 
fica sujeita à análise em ordem de grandeza, até que a evidência indique que uma 
delas é inferior a algumas ou superior a todas as outras. A solução escolhida é 
submetida a exames mais detalhados. Os estudos de síntese são iniciados para 
estabelecer, numa primeira aproximação, a extensão da faixa dentro da qual os 
principais parâmetros do projeto devem ser controlados (Back, 1983; Asimow, 1968). 
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Em seguida, empreendem-se estudos do tipo projetivo, dirigido para as questões de 
como a solução se comporta com o tempo. As condições sócio-econômicas, tais 
como o gosto do consumidor, a oferta do competidor e a disponibilidade de matérias-
primas podem ser modificadas; o estudo da arte técnica pode progredir (Back, 1983). 
O tempo, muito provavelmente, reduzirá a qualidade do produto. O problema é saber 
com que rapidez a razão de obsolescência ou desgaste deve ser aceita como uma 
das considerações importantes de um projeto. Finalmente, os aspectos críticos do 
projeto devem ser verificados, a fim de se validar a concepção para o mesmo e de 
se fornecer as informações essenciais para suas fases posteriores. 
 
1.1.2 - Projeto Detalhado 
A fase do projeto detalhado começa com a concepção desenvolvida no projeto 
preliminar. Seu objetivo é fornecer as descrições de engenharia de um projeto 
frutífero e verificado. Sua morfologia é apresentada na Figura 1.3. 
 
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não
sim
Tecnologia Especificaçãode subsistemas
Subsistemas
Adequados ?
não
sim
não
sim
componentes
Lista de 
Satisfatória ?
não
sim
Descrição das partes
Desenho de conjunto 
de montagem
Completos ?
Desenhos de
não
sim
Normas e 
padronização desenho, normas
desenhos
Aceitáveis ?
não
sim
Liberar para Administração
Adequado ?
Desenho para 
Possíveis ?
Conjunto de desenhos de
partes ou peças
montagem
Conjunto de 
Próximas Fases
Projeto preliminar
Tecnologia Especificar
componentes
Tecnologia
Tecnologia
Experiência em
e padronização
fabricação
fabricação
 
Figura 1.3 - Terceira Fase - Projeto Detalhado. 
 
Com a concepção para o projeto em mente e as informações preliminares em mão, 
consegue-se, provisoriamente, uma síntese geral. Nessa fase estabelece-se um 
programa do projeto a ser elaborado (Back, 1983). Com esse programa como base, 
o projeto detalhado ou especificações dos componentes são efetuados. 
Capacidades são determinadas exatamente, dimensões são calculadas, o desgaste 
é considerado, partes são detalhadas, etc. Assim todos os componentes são 
sintetizados, testados e modificados de acordo com o requerido e a máquina ou 
sistema torna-se inteiramente desenvolvido, completamente detalhado e claramente 
descrito, ou seja, chega-se a um produto fabricável. 
 
 
 
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1.2 - Planejamento da Produção (Execução do Produto) 
 
Enquanto as fases anteriores situavam-se praticamente na esfera de um engenheiro 
projetista, grande parte da fase presente tem sua responsabilidade compartilhada 
com outros setores da administração. Uma nova série de experiências técnicas, 
concernente a projetos de ferramentas e engenharia de produção, entram em jogo; o 
grupo projetista original, contudo, deve continuar representando seu papel de 
liderança. A decisão sobre a produção envolve, freqüentemente, um compromisso 
econômico de grandes proporções. O grau de confiança no sucesso do produto deve 
ser elevado, a fim de apoiar uma decisão definida. A fase do planejamento de 
produção envolve muitas pessoas que modificarão, em forma e detalhe, de acordo 
com a indústria. Back (1983) sugere a seguinte lista típica de indústrias de produção 
em massa para as atividades de planejamento de produção: 
 
1. Planejamento detalhado dos processos de fabricação de acordo com as 
exigências de todas as partes, submontagens e montagem final; 
2. Projeto de ferramentas e gabaritos; 
3. Planejamento, especificação e projeto de nova produção e mesmo de novas 
instalações da fábrica; 
4. Planejamento do sistema de controle da qualidade; 
5. Planejamento para o pessoal da produção; 
6. Planejamento do controle de produção; 
7. Planejamento do sistema de fluxo de informações; 
8. Planejamento financeiro. 
 
 
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1.3 - Fabricação do Produto 
 
Depois de realizadas as diversas etapas do projeto, descritas de maneira sucinta 
anteriormente, surge a necessidade de “FABRICAR” o produto. Mas, o que se 
entende por processos de fabricação? 
 
“Fabricar é conferir a uma peça a forma desejada e estabelecida no projeto”. 
 
Mas, como fabricar? 
A fabricação consiste em transformar a matéria prima em produto acabado. O 
conjunto de procedimentos empregados nessa transformação é denominado 
processo de fabricação. Na representação esquemática da Figura 1.4 é mostrado 
um exemplo de processo de fabricação. 
 
 
PROCESSO DE
FABRICAÇÃO
PRODUTO ACABADO
OU SEMI-ACABADO
MATÉRIA PRIMA
Figura 1.4 - Representação esquemática de um processo de fabricação. 
 
Cada processo de fabricação apresenta características peculiares que o distingue 
dos demais. Assim, a fundição é caracterizada pela fusão de um metal que é 
vazado em um molde; a soldagem, pela junção de peças por meio da adição de 
metal fundido nas junções; a conformação, pela deformação plástica como meio de 
obter a geometria do produto; a metalurgia do pó, pela prensagem e aquecimento de 
partículas misturadas a um aglomerante; a injeção, pela fusão de plásticos ou metais 
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de baixo ponto de fusão que são conduzidos a alta pressão ao interior de um molde 
e assim por diante. 
 
O que caracteriza o processo de usinagem é que a transformação da matéria prima 
em produto se dá pela remoção de material na forma de cavacos. A usinagem 
dividida em duas categorias de acordo com a energia empregada para remover o 
material. Na usinagem tradicional (ou convencional) o material é removido por 
cisalhamento devido à ação da ferramenta de corte. Como exemplos de processos 
tradicionais de usinagem tem-se o torneamento, fresamento, furação, alargamento, 
rosqueamento, retificação, brochamento, etc, Os processos não tradicionais(ou não 
convencionais) empregam outras modalidades de energia para remover o material 
como ultra-som, laser, plasma, fluxo abrasivo, reações químicas ou eletroquímicas, 
feixe de elétrons, etc. 
 
A usinagem convencional representa uma parcela significativa entre os processos de 
fabricação. Pode-se tomar como exemplo a fabricação de um automóvel. Se 
considerarmos os seus principais componentes, poderemos fazer uma longa lista de 
itens que são usinados em alguma etapa da fabricação. 
 
Produzir a forma desejada, partindo de outra forma inicial como matéria prima, pode 
ser realizado por diversas maneiras. Na Figura 1.5 são mostrados os diversos 
processos de fabricação atualmente desenvolvidos. 
 
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Torneamento
Fresamento
Furação
Convencional Alargamento
Mandrilamento
Brochamento
Roscamento
Serramento
Outros
Com Remoção
de Cavaco Eletroerosão
Eletroquímica
Jato Abrasivo
Jato de Água
Usinagem Jato de Água Abrasivo
Não Convencional Ultra-som
Fluxo Abrasivo
Laser
Plasma
Feixe de Elétrons
Outros
Retificação
Brunimento
Abrasivos Lapidação
Processos Lixamento
de Fabricação Outros
Molde de Areia
Cera Perdida
Fundição Fundução Sob Pressão
Outros
Eletrodo Revestido
Resistência
Soldagem Arco Submerso
Laser
MIG/MAG
Sem Remoção de TIG
Cavaco
Laminação
Extrusão
Conformação Conformação
Forjamento
Trefilação
Outros
Estereolitografia
Sinterização a Laser seletivo
Prototipagem Rápida Modelagem por Deposição de Fundido
Laminação de Objetos
Impressão Tridimensional 
Figura 1.5 – Principais processos de fabricação. 
 
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O foco principal deste livro é o estudo dos processos de fabricação por usinagem, 
com ênfase nos fenômenos relacionados à remoção dos materiais por cisalhamento 
e nos processos de usinagem propriamente ditos. 
 
1.4 - Corte dos Metais ou Processos de Usinagem 
 
Não existe uma definição clara para a usinagem usinagem, mas a mais aceita é a 
que considera Usinagem como os processos de fabricação em que há retirada de 
material da peça na forma de cavaco. Entende-se por cavaco a porção de material 
que é removida da peça. Outros processos de fabricação também retiram material 
da peça como a estampagem, a retificação, entre outros, mas o modo com que o 
material é retirado da peça apresenta algumas diferenças em relação à usinagem. 
Como exemplo, na usinagem tem-se ferramentas com formas e quantidades 
definidas atuando sobre a peça, enquanto na retificação o número de ferramentas 
(grãos abrasivos) atuantes é muito grande. Além disso, eles estão aleatoriamente 
distribuídos sobre a superfície do rebolo e nesse caso, a retificação é enquadrada 
como um processo abrasivo, assim como o brunimento e a lapidação. 
Portanto, classifica-se a usinagem como: 
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO EM QUE UMA PORÇÃO DE MATERIAL É 
REMOVIDA DA PEÇA, POR CISALHAMENTO, NA FORMA DE CAVACO. 
 
1.4.1 - Evolução da Usinagem (www.cimm.com.br) 
 
 
No Período Paleolítico, as facas, pontas de lanças e machados eram fabricados com 
lascas de grandes pedras. No Período Neolítico, os artefatos eram obtidos com o 
desgaste e polimento da pedra (Princípio da Retificação). 
 
Com o passar do tempo, o homem passa a usar metais na fabricação de 
ferramentas e armas no fim da pré-história. Os primeiros metais a serem conhecidos 
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foram o cobre e o ouro e em escala menor, o estanho. O ferro foi o último metal que 
o homem passou a utilizar na fabricação de seus instrumentos. 
Com a pancada de uma cunha manual surgiu o cinzel, movimentando esta 
ferramenta para frente e para trás, aplicando-se pressão surgiu a serra. 
Um grande avanço nesse período foi a transformação do movimento de translação 
em movimento de rotação (com sentido de rotação invertido a cada ciclo). Este 
princípio foi aplicado em um dispositivo denominado furação de corda puxada, 
conforme mostrado na Figura 1.6. 
 
Figura 1.6 – Mecanismo de corda puxada. 
 
No século 19 o trabalho do ferreiro era muito lento. Surgem então as máquinas 
movidas a vapor (energia esta transmitida através da oficina por meio de eixos, 
correias e roldanas). Mais tarde o vapor seria substituído pela energia elétrica. 
A introdução de suporte mecânico no torno é um outro exemplo de um grande 
avanço no processo de fabricação. O suporte eliminou a necessidade de segurar as 
ferramentas com as mãos, diminuindo portanto o risco de acidentes. 
Porém, foram durante os períodos de guerra que ocorreram consideráveis 
progressos das máquinas destinadas à fabricação. O marco deste progresso foi o 
surgimento de partes intercambiáveis, principalmente no final do século XVIII. 
Com o advento do motor de combustão interna, na fabricação dos blocos de 
cilindros e de outros componentes, necessitou-se de uma acuracidade dimensional, 
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Sandro Cardoso Santos e Wisley Falco Sales 14
até então sem precedentes na indústria mecânica, o que levou a enormes desafios 
no desenvolvimento da usinagem dos metais. Esses motores eram fabricados com 
materiais relativamente fáceis de serem usinados, como o ferro fundido cinzento, o 
latão e o bronze, com ferramentas de aço carbono endurecido (Trent e Wright, 
1999). Antes disso, até meados do século XVIII, o principal material utilizado em 
engenharia era a madeira, cujos os problemas na usinagem são bem diferentes 
daqueles impostos pelos metais. 
Com a industrialização, os processos artesanais foram substituídos gradativamente 
por processos onde o homem pouco interferia, surgindo então máquinas mais 
complexas. A engenharia avançou significativamente nos últimos 100 anos, 
principalmente as tecnologias de novos materiais. Nos últimos tempos, a usinagem 
também evoluiu, como resultado do desenvolvimento das máquinas-ferramentas, 
ferramentas de corte e fluidos de corte. Hoje, entre todos os processos de 
fabricação, a usinagem é o mais difundido, mesmo sendo bastante imprevisível e 
apresentando enormes dificuldades no seu modelamento, devido à enorme 
quantidade de variáveis envolvidas. 
Atualmente novas tecnologias foram incorporadas às linhas de produção, onde 
máquinas operatrizes fazem parte direta ou indiretamente, de sistemas como o 
CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing), HSM (High 
Speed Machining), FMS (Flexible Manufacturing Systems), CBS (Computer Business 
Systems) e CIM (Computer Integrated Manufacturing). Todas têm em comum a 
automatização, visando minimizar falhas operacionais e aperfeiçoar as várias etapas do 
processo produtivo (De Sousa, 1998). 
 
	1.1.1 - Projeto Preliminar
	- Projeto Detalhado
	- Planejamento da Produção \(Execução do Prod�
	Mas, como fabricar?
	1.4.1 - Evolução da Usinagem \(www.cimm.com.br�