Cap11-Usinabilidade

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Capítulo 11 - Usinabilidade
Usinagem para Engenharia
A.C. Araujo a, A.L. Mougo b e F.O. Campos c.
a araujo@insa-toulouse.fr, INSA-Toulouse, Institute Clément Ader, França
b adriane.mougo@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil
c fabio.campos@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil
Slides propostos
Setembro de 2020
O conceito de usinabilidade
Representa a facilidade em usinar um material em um sistema de usinagem
com uma ferramenta de corte (material e geometria específicas)
sob determinada condição de corte (parâmetros)
com uma máquina-ferramenta específica
realizando um processo de usinagem determinado.
As vezes é comum restringir a apenas ao material da peça, uma simplificação.
Tipos de ensaios para usinabilidade:
O ensaio de longa duração utiliza o critério da vida da ferramenta sob condições
normais de corte e, por isso, consomem um período de tempo longo e bastante material
para ser usinado;
O ensaio de curta duração utiliza também outros critérios de usinabilidade e consome
menos material pois é realizado em um de tempo de usinagem mais curto.
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Critérios de Usinabilidade
�ase todos os critérios utilizados na avaliação de usinabilidade dizem respeito à capacidade
produtiva do sistema ou à qualidade da usinagem. São eles:
vida da ferramenta,
força de corte,
rugosidade da superfície usinada
morfologia do cavaco
tendência a formar rebarba
facilidade dese atingir uma tolerância dimensional especificada
geração de tensão residual na superfície usinada
temperatura máxima alcançada durante o corte.
Os critérios possuem interdependências!
A utilização de um critério depende da aplicação desejada.
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Cap. 11 - Usinabilidade
Índice de usinabilidade
O índice de usinabilidade IU é um coeficiente normalizado para calcular a
usinabilidade de uma referência cujo índice será igual a 1.
É obtido através da comparação da curva do desgaste de flanco de cada sistema (ou cada
material), ou seja, em um ensaio de longa duração.
É calculado pela relação percentual entre as velocidades de corte que cada material
alcança o mesmo tempo de vida T.
IU =
νm60
νref60
× 100% (1)
νrefT = velocidade de corte para um tempo de vida de uma referência
νmT = velocidade de corte para um tempo de vida T do sistema (ou material) analisado
Uma prática é utilizar o tempo de vida de 60 minutos (νm60).
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Cap. 11 - Usinabilidade
Table 1: Exemplos de índices de usinabilidade apresentados por [Groover 2014]1
.
Material Dureza (HBN) Índice de
Usinabilidade (%)
Ligas de alumínio moles ver nota a 200
Latão ver nota a 200
Ligas de alumínio duras ver nota a 125
Material padrão: B1112 180-220 100
Aço inoxidável 416 190-210 90
Aços de médio-carbono 140-210 65
Aços de alto-carbono 180-230 55
Aços de baixo-carbono 130-170 50
1Groover, M. P. Introdução aos Processos de Fabricação. Editora LTC, 2014.
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Imagem de desgaste em ensaio de curta duração
Figura 1: Imagem apresentando KB e KF obtidas por microscopia [Ribeiro 2019]2
2RIBEIRO, K. S. B.Monitoramento da condição da ferramenta no microfresamento por sinais de potência e emissão
acústica. Dissertação (Mestrado) — Universidade de São Paulo, 2019
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Cap. 11 - Usinabilidade
Força de corte como critério de usinabilidade
Um sistema de usinagem possui melhor usinabilidade que uma referência se apresenta forças
de corte menores.
É possível comparar o comportamento de uma componente da força de usinagem ou
utilizando a força resultante;
Também é utilizado comparar a força específica de corte: quanto maior a força
específica, pior a usinabilidade;
Ainda, é possível calcular a potência necessária em cada caso e comparar diretamente.
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Cap. 11 - Usinabilidade
-10 -5 0 5 10 15 20 25
Comprimento usinado (mm)
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
F
or
ça
 d
e 
A
va
nç
o 
(N
)
Força de furação em placas laminadas - Institut Clement Ader
Transição
Liga de
Titânio
Alumínio
Figura 2: Furação de um placa laminada de Ti-6Al-4V e alumínio AA2024 3
3Imagem cedida pelo grupo Radical do Institute Clément Ader
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Cap. 11 - Usinabilidade
Rugosidade da peça como critério de usinabilidade
Segundo este critério, um material terá melhor usinabilidade que outro quando para as
mesmas considerações de corte, ele apresentar uma rugosidade menor.
Morfologia do cavaco como critério de usinabilidade
�ando um material é comparado com outro sob as mesmas considerações de usinagem,
diz-se que um possui melhor usinabilidade se durante o corte há produção de cavacos
descontínuos e os cavacos são retirados da região de corte rapidamente.
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Cap. 11 - Usinabilidade
Elementos do sistema que alteram a usinabilidade e seus fatores
Material de trabalho: Propriedades mecânicas, químicas ou físicas e a microestrutura;
Ferramenta de corte: Um fator essencial é a afinidade química entre o material da
ferramenta e da peça;
Condições de corte: Parâmetros de corte (avanço, velocidade de corte e profundidade
de corte) e o meio no qual o processo irá ocorrer,ou seja, se será utilizado algum fluído
de corte e, em caso positivo, qual método de aplicação;
Máquina-ferramenta: A rigidez da máquina e as formas disponíveis de fixação da
peça são algumas das características que influenciarão na dinâmica do sistema.
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Condições econômicas de usinagem
Velocidade de corte de máxima produção
Para determinar a velocidade de corte que produz o maior número de peças em um
determinado tempo, deve-se encontrar aquela que produz uma peça no menor tempo.
tt =
Lu π D
1000 f Vc
+ t1 +
Lu π D V
(x−1)
c
1000 f C
ttf (2)
dtt
dVc
= 0 (3)
Vcmxp =
x
√
C
(x − 1) ttf
= C1/x ((x − 1) ttf )−1/x (4)
10 14
0 50 100 150 200 250
Velocidade de corte (m/min)
0
50
100
150
T
em
po
 d
e 
pr
od
uç
ão
 p
or
 p
eç
a 
(m
in
)
Minimo t
t
Máxima
produção
t
t
=t
c
+t
1
+t
2
t
2
t
1
Produção
t
c
V
cmxp
Figura 3: Velocidade de corte de máxima produção [Araujo, Mougo e Campos 2020]
11 14
Condições econômicas de usinagem
Velocidade de corte de mínimo custo
Dentre os custos envolvidos diretamente com o processo pode-se citar o custo das
ferramentas, da máquina-ferramenta e da mão-de-obra.
Cp = C1 +
Lu π D
1000 f
V x−1c c2 +
Lu π D
1000 f Vc
c3 (5)
dCp
dVc
= 0 (6)
Vco =
x
√
Cc2
(x − 1)c3
(7)
12 14
0 50 100 150 200
Velocidade de corte (m/min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
C
us
to
 p
or
 p
eç
a 
(R
$)
C
3
Minimo C
p
Custo de
produção
C
p
=C
1
+C
2
+C
3
C
2
C
1
V
co
Figura 4: Velocidade de corte de mínimo custo [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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Intervalo de máxima eficiência - IME
0 50 100 150 200
Velocidade de corte (m/min)
0
20
40
60
80
100
120
140
T
em
po
 d
e 
pr
od
uç
ão
 p
or
 p
eç
a 
(m
in
) 
 
 
 
 
 
 
 C
us
to
 p
or
 p
eç
a 
(R
$) t
t
=t
c
+t
1
+t
2
Minimo t
t
Máxima
produção
Minimo C
p
Custo de
produção
C
p
=C
1
+C
2
+C
3
IME
V
co
V
cmxp
Figura 5: Intervalo de máxima eficiência da velocidade de corte [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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