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1 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Faculdade de Tecnologia de São Paulo Notas de aula Máquinas Ferramentas 2 (Ensaios e tornearia automática) Departamento de Mecânica 2 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 ÍNDICE Aula 01 – APRESENTAÇÃO .................................................................................................................. 3 Aula 02 – INTRODUÇÃO A TORNEARIA AUTOMÁTICA................................................................ 4 Aulas 03 e 04 – CÁLCULOS DE PRODUÇÃO EM TORNEARIA AUTOMÁTICA ......................... 15 Aulas 05 e 06 – ENSAIO PARA ACEITAÇÃO DE TORNOS PARALELOS ..................................... 30 Aulas 07 e 08 – ESFORÇOS NO FRESAMENTO ................................................................................ 42 Aulas 09 e 10 – ESFORÇOS NA FURAÇÃO ....................................................................................... 55 3 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Aula 01 – APRESENTAÇÃO Apresentação da disciplina. Ementa: Máquinas ferramentas automáticas. Ensaios de torneamento, furação, fresamento, geométricos e recepção de máquinas ferramentas. Objetivos: Capacitar os alunos fornecendo-lhes conhecimentos, teóricos e práticos, que lhes possibilitem projetar, avaliar, otimizar, métodos e processos de fabricação de usinagem. Metodologia de Aprendizagem: Aulas expositivas utilizando os recursos disponíveis, execução de ensaios, estudo de casos, seminários, programação e operação de equipamentos pelos alunos. Atividades Complementares: - Até 20% da carga horária total da disciplina poderá ser oferecida através de exercícios, visitas, relatórios, projetos, artigos etc. Método de avaliação. A média final: MF = (12MT+8ME+1LU+1LC+1SM+1LF) /24 Laboratório de Usinagem: Relatórios sobre os experimentos desenvolvidos e prova, sendo a média calculada da seguinte forma: LU = (NR + PU +PP) /3 NR, nota dos relatórios de Laboratório de Usinagem; PU, prova de Laboratório de Usinagem; PP, nota do projeto de fabricação de um produto Restrições: Se MT, ME, LU, LC, LR, LF < 6,0 o aluno é reprovado Se frequência menor que 75% em qualquer parte da disciplina o aluno será reprovado por faltas. Bibliografia DINIS, A. E.; MARCONDES, C. F.; COPPINI, N. L. Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 8° ed. São Paulo. Editora Artliber. 2013. 244 p. ISBN: 85-87296-01-9. FERRARESI, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais. 1ª ed. São Paulo. 2014. V.1. 751 p. ISBN: 85-21208-59-6 Apostila de Instruções para cálculo de curvas e do tempo por peça A-15/25, Traub, 1981 4 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Aula 02 – INTRODUÇÃO A TORNEARIA AUTOMÁTICA *Este texto é um resumo das apostilas do Engº Alfredo Vergilio Fuentes Ferrari. Para auxiliar o entendimento do equipamento O primeiro torno automático foi inventado no final do século 19. Ele era horizontal e o acionamento das ferramentas de formar, furar e cortar feito através de cames fixados num eixo de comando. Os primeiros tornos automáticos dotados de dois até quatro carros transversais para as operações de formar e cortar e uma torre revólver porta-ferramentas para as operações de furar foram desenvolvidos por volta de 1920 nos Estados Unidos da América e, logo em seguida, na Alemanha dentro do mesmo conceito. O objetivo já era o de realizar operações simultâneas e de conseguir curtos ciclos de trabalho. Em 1935 surge o torno automático A 25, inventado pelo cidadão alemão Hermann Traub, hoje são mais de 70.000 máquinas operando no mundo. Sem dúvida, é o modelo de torno automático mais fabricado no mundo. E continuam sendo produzidos pela firma Ergomat em São Paulo. Dois novos conceitos: as guias cilíndricas e o sistema modular revolucionaram a construção dos tornos automáticos. As guias cilíndricas servem para suportar o conjunto de carros transversais horizontais, além de receber a contra ponta de furar e outros dispositivos adicionais para operações axiais com a torre revólver estrela. O sistema modular permite aplicar-se dispositivos adicionais, opcionalmente, dependendo da peça a ser produzida, partindo de uma configuração básica. O torno automático A 25 é produzido nos dias de hoje, sendo aplicado de forma extremamente econômica na fabricação de peças relativamente simples e com lotes de grande quantidade. Torno automático monofuso acionado por cames Os tornos automáticos mecânicos têm os seus movimentos realizados através de cames. Cada carro porta-ferramenta e demais órgãos móveis, como o encosto do material, conjunto de acionamento da sujeição do material e outros, tem para si um came. A grande maioria dos tornos automáticos acionados através de cames são de carros múltiplos. Isto significa que, perpendicularmente à árvore principal, existem carros transversais que executam operações de sangramento, perfilamento, usinagem de recartilhas e a operação final de corte. Para as operações no sentido axial, como furações e rosqueamentos, são acionados através de cames uma contra ponta simples ou dispositivos conjugados para realizar um maior número de operações de furação, alargamento e rosqueamento como, por exemplo, o dispositivo revólver estrela que desliza sobre dois eixos cilíndricos ou guias planas em alguns casos. Os cames são fixados em tambores porta-cames que, por sua vez, são 5 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 ajustados nos eixos de comando. Cada giro do eixo de comando determina o ciclo de trabalho para usinar uma peça. O trabalho contínuo sem interrupções determina a produção seriada do torno automático. O fuso principal é acionado por um motor, sendo as rotações alteradas através de mudança de posição das correias nas polias. Porém, já existem máquinas que utilizam motores conjugados com inversores de frequência que permitem o ajuste das rotações do fuso, sem escalonamento, através de um potenciômetro. Os eixos de comando são acionados através de um motor que transmite o movimento àqueles através de um parafuso sem fim e uma coroa. O ajuste da produção horária é feito através da troca de engrenagens, sendo que já existem máquinas deste conceito onde se aplica um servomotor para se ajustar a produção horária, sem escalonamento, através de um potenciômetro. Figura 1 - anatomia e a área de trabalho do torno automático Ergomat A 25. Vantagens do torneamento automático em relação ao manual: Economia de mão de obra – um único operador pode cuidar de uma série de tornos automáticos. Produção constante – uma vez ajustada a máquina, pode-se contar no final do turno de trabalho com a quantidade de peças planejadas, pois não depende da habilidade de um operador Qualidade constante das peças usinadas – Isto significa que, uma vez ajustado o torno automático, ele trabalhará sempre com os mesmos avanços de usinagem, compatíveis com o material, a operação e as ferramentas de corte. Desgaste constante das ferramentas de corte – o desgaste das ferramentas de corte depende do avanço de usinagem. Como o trabalho é automático, o ciclo de desgaste das ferramentas será constante, podendo-se planejar as quantidades de ferramentas de corte de reserva e as suas afiações. 6 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Torno automático multifusos Os tornos automáticos multifusos são aplicados na fabricação de grandes séries. Possuem versões de 5, 6 e 8 fusos principais montados em um tambor que se indexa a cada ciclo de trabalho. Nas posições de cada fuso de trabalho são executadas as operações de usinagem de forma simultânea, determinando os curtos tempos de ciclo de produção. Carros transversais dispostos ao lado de cada fuso realizam os trabalhos de formar ou copiar o diâmetro externoda peça e carros longitudinais na frente de cada fuso executam as operações de furar, rosquear, alargar e outras. Em geral, os tornos automáticos multifusos são aplicados na usinagem de peças a partir de barras, porém existem aplicações com o uso de magazines de carga e descarga automática de peças pré-formadas. Os tornos automáticos multifusos são muito utilizados na indústria automotiva e na produção de autopeças. Figura 2 –área de trabalho do torno automático multifusos. Torno automático monofuso de cabeçote fixo A maioria dos tornos automáticos são horizontais, monofuso, de cabeçote fixo, pois atendem ao grande universo de peças cilíndricas usinadas. Eles têm o princípio clássico dos tornos horizontais, sendo que a peça a ser usinada é sujeitada no dispositivo de fixação, permanecendo girando em balanço livre ou apoiada em uma contra ponta na extremidade oposta à da fixação. As ferramentas de corte se deslocam de forma automática com avanços adequados para executar a remoção dos cavacos, gerando a geometria desejada. Figura 3 – área de trabalho e peça produzida em torno automático. 7 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Torno automático monofuso de cabeçote móvel Os tornos automáticos horizontais de cabeçote móvel são aplicados, principalmente, na usinagem de peças delgadas e de precisão, ou seja, quando a relação comprimento/diâmetro é muito grande, caracterizando uma usinagem instável. Eles, também, são utilizados na usinagem de peças curtas de elevada precisão e/ou de grande complexidade geométrica. Por terem sido inventados na Suiça com o objetivo de produzir em série eixos para a indústria relojoeira, eles são internacionalmente conhecidos como tornos tipo suíço. Estas máquinas são aplicadas na produção de peças seriadas de precisão para as indústrias automotiva, aeroespacial, telecomunicações, aparelhos de medição de alta precisão, segmento médico como, componentes para equipamentos hospitalares, parafusos ortopédicos e implantes dentários, ou seja, a microusinagem em geral. Figura 4 – esquema de torno automático de cabeçote móvel. Usinagens a partir de barras A usinagem de peças torneadas a partir de barras sempre foi um tema de muita atenção e para se tomar muitos cuidados, principalmente quando se objetiva atingir o melhor rendimento do torno automático. Em geral, para os trabalhos de médias e grandes séries, trabalha-se com barras de 3,0 metros de comprimento e diâmetros até 60 mm. A partir deste diâmetro, em função do elevado tempo para a operação de corte, é recomendável usinar as peças a partir de pedaços pré-cortados. De uma forma geral, os tornos automáticos utilizam pinças de fixação, podendo ser para barras redondas ou para barras perfiladas como sextavadas e quadradas. Como as barras deslizam sobre a superfície de fixação da pinça durante a fase de alimentação para se produzir uma nova peça, a qualidade superficial das barras deve ser tal para evitar o desgaste da pinça, a quebra dos elementos mecânicos de fixação e garantir a precisão das peças usinadas. De uma forma geral, na tornearia automática se utilizam barras trefiladas com tolerâncias entre h11 e h9. 8 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 5 – pinças de fixação. Alimentadores de barras por gravidade Os primeiros tornos automáticos foram desenvolvidos com alimentadores de barras por gravidade, sendo ainda utilizados até os dias de hoje nos tornos automáticos acionados através de cames. Apesar de ser uma solução econômica, estes alimentadores têm a desvantagem de não poder trabalhar com altas rotações, principalmente nas barras sextavadas, devido à sua construção. Dependendo da retilineidade das barras e em função da rotação do fuso principal, a barra tende a bater na parede interna do tubo de guia, provocando danos ao equipamento. Este tipo de alimentador de barras é composto por um tubo de guia apoiado em pedestais, um empurrador com ponta giratória que é impulsionado por pesos, um conjunto polias e cabos. Toda vez que termina um ciclo de trabalho, a pinça abre e a barra é empurrada contra um tope, seguindo o fechamento da pinça e iniciando um novo ciclo de trabalho. Quando a barra é consumida por completo, uma chave fim de curso é acionada e a máquina para a fim de que seja alimentada uma nova barra manualmente. Figura 6 – alimentador de barra por gravidade. 9 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Alimentador hidráulico de barras A diferença em relação ao sistema por gravidade é que a força de avanço é aplicada sobre o empurrador é feita através de um sistema hidráulico e a barra gira dentro do tubo de guia que está preenchido por óleo, provocando um amortecimento para a barra em movimento. O retrocesso do empurrador é feito também hidraulicamente. Com isto, tem-se uma série de vantagens em relação ao avanço por gravidade tais como: Girar com altas rotação no fuso principal; minimizar vibrações; diminuir o nível de ruído etc. Figura 7 – alimentador de barra hidráulico. Magazine de alimentação automática de barras Além das funções de guiar e avançar a barra, os magazines de alimentação automática de barras permitem o armazenamento de diversas barras e a realização da troca automática da nova barra a ser usinada, após a anterior ter sido consumida, aumentando significativamente o rendimento e a produtividade do torno automático. Figura 8 – alimentador automático. 10 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Came - Elemento de máquina O came é um elemento de máquina que possibilita através de sua rotação ou de seu deslocamento linear, dependendo de sua geometria, criar um movimento pelo contato com um elemento chamado de apalpador. A forma da superfície de contato do came é determinada em função do movimento a ser criado e do perfil do apalpador. Os cames podem ser um disco ou um tambor, giratórios, ou uma régua linear. Os cames mais utilizados em máquinas em geral são os giratórios que são fixados em um eixo de comando. Uma aplicação clássica é a do eixo de comando composto por um conjunto de cames que acionam as válvulas de um motor de combustão interna. Os cames são elementos essenciais nas máquinas automáticas de acionamento mecânico como tornos automáticos, máquinas têxteis, máquinas para fabricação de molas, máquinas de embalagem, máquinas gráficas, máquinas de costura e muitas outras. No caso dos tornos automáticos de carros múltiplos, para a usinagem de uma determinada peça, é necessário utilizar um jogo de cames, sendo que cada came aciona um determinado carro porta- ferramenta. Nos tornos automáticos, são utilizados cames giratórios de disco e de tambor. Eles são determinados por rampas e ângulos calculados de acordo com o plano de trabalho, a geometria da peça e os parâmetros de corte (avanços e velocidade de corte). Cada giro do eixo de comando, tem-se uma peça produzida dentro de um tempo devidamente calculado. Figura 9 - Came de disco Figura 10 - Came de tambor 11 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Sistema Modular - Dispositivos Adicionais O conceito de Sistema Modular foi criado no início do século passado com o desenvolvimento do Torno Automático Monofuso acionado através de cames A 25. Este conceito consiste na utilização de Dispositivos Adicionais de rápido e fácil intercambio na máquina básica, usados em função da geometria das peças a serem produzidas. A máquina básica de um torno automático monofuso a cames é, em geral, composta por quatro carros porta-ferramentas transversais, usados para as operações de formar e cortar, e uma contra ponta, que se desloca no sentido longitudinal, para executar uma operação de furação. Figura 11 - Área de trabalho da máquina básica A 25: Os Dispositivos Adicionais foram desenvolvidospara executar outras operações, tais como: Torneamentos longitudinais longos Rosqueamentos através de machos e cossinetes Rosqueamentos por fileteamento Rosqueamentos por fresamento Torneamento de polígonos Torres revólver porta-ferramentas para múltiplas operações no sentido longitudinal como furações, rosqueamentos, mandrilhamentos, alargamentos Caixa de cambio das velocidades do fuso principal e outros Figura 12 - Contraponto de furar e Tope de material 12 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 13 - Torneamento longitudinal e furar e rosquear Figura 14 - Revólver estrela e caixa de mudança de velocidades Figura 15 - Fresar rosca e pentear roscas 13 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Tornos automáticos a cames com controles eletrônicos Os tornos automáticos monofuso de carros múltiplos acionados através de cames e dotados de controles eletrônicos foram desenvolvidos para dar mais flexibilidade no trabalho nas usinagens de pequenas e médias séries, além de oferecer maior conforto operacional ao preparador da máquina, reduzindo significativamente o nível de ruído da máquina. Sa principais características desta máquina são as seguintes: Fuso principal - no lugar de polias e correias, ao sistema foi aplicado um motor de duas velocidades com capacidade de inversão e um inversor de frequência para regular a variação das rpm. Com isto, é possível a usinagem de roscas através de machos e cossinetes sem uso de dispositivos adicionais. A regulagem das rpm do fuso principal é feita manualmente, com variação contínua e sem escalonamentos, através de um potenciômetro instalado no painel de operações da máquina. Eixos de comando - os eixos de comando determinam a produção horária do torno. No lugar do motor, corrente de transmissão e trem de engrenagens intercambiáveis, foram aplicados um servo motor de corrente alternada de alto rendimento e um conversor. A aplicação do servo motor é de fundamental importância para que se garanta um torque suficiente na usinagem de peças, cujo ciclo de trabalho é baixo, em face da diminuta rotação dos eixos de comando. A regulagem das rpm dos eixos de comando é feita, manualmente, com variação contínua e sem escalonamentos, através de um potenciômetro instalado no painel de operações da máquina. Figura 16 - controles eletrônicos Ergomat A 25 E e seu painel de operação. 14 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 As principais vantagens deste tipo de máquina em relação à máquina equivalente, porém com acionamentos mecânicos, são as seguintes: Garante maior flexibilidade no trabalho das tornearias automáticas, facilitando a preparação do torno. Diminui os tempos de preparação do torno, favorecendo a usinagem de pequenas e médias séries. Aumenta a produtividade da máquina, diminuindo os ciclos de trabalho, uma vez que a mesma opera em condições ideais de corte, ou seja, velocidade de corte e avanços otimizados, lembrando que na máquina com acionamentos mecânicos, estes parâmetros são acertados de forma escalonada. Oferece mais conforto operacional ao preparador da máquina. Diminui, significativamente, o nível de ruídos em face da eliminação de transmissões por engrenagens e corrente. Baixo investimento. REFERÊNCIAS A anatomia dos tornos automáticos de acionamentos mecânicos - Engº Alfredo Vergilio Fuentes Ferrari A evolução dos tornos automáticos: do came ao CNC - Engº Alfredo Vergilio Fuentes Ferrari 15 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Aulas 03 e 04 – CÁLCULOS DE PRODUÇÃO EM TORNEARIA AUTOMÁTICA Instruções de cálculos de curvas e parâmetros de máquina em torno automático (baseado em Traub 1981) Esta apostila tem como objetivo dar uma introdução, passo a passo, aos cálculos de dispositivos básicos para o torneamento automático, nas máquinas Traub A15 e A25. O conteúdo abordado considera o grau de conhecimento do aluno, portanto não serão explicados conceitos básicos de usinagem, já adquiridos em matérias anteriores. Para a fabricação de peças em torno automático são necessárias curvas (cames) para o acionamento dos carros porta ferramentas. A forma da peça a ser produzida é determinante para a forma dessas curvas. No cálculo das curvas é considerada então a geometria e dimensões da peça objetivo, e depois feito ajustes se conveniente. As operações básicas do torneamento automático são: Torneamento longitudinal, sangramento, perfilamento e corte. Devemos sempre pensar em movimentos simples da ferramenta contra a peça, ou seja, movimentos retilíneos e operações em um único passe. Figura 1 - Movimentos básicos. Originalmente os tornos automáticos Traub A15 e A25 dispõem de 4 suportes porta ferramentas a saber. Qv - Suporte Transversal Dianteiro - Geralmente utilizado para o torneamento longitudinal, sangramento e perfilamento. Qh - Suporte Transversal Traseiro - Também utilizado para o torneamento longitudinal, sangramento e perfilamento. SSv - Suporte Vertical Dianteiro - Geralmente utilizado para chanfros, sangramentos leves, pré cortes e cortes. SSh - Suporte Vertical Traseiro - Também utilizado para chanfros, sangramentos leves, pré cortes e cortes, além de recartilhados Figura 2 - Suportes Porta Ferramentas Traub. 16 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Além desses 4 suportes temos o posicionador, conhecido como TOP, sistema de refrigeração/lubrificação e vários acessórios que serão apresentados em exemplos futuros. O cálculo das curvas e definição das condições de trabalho são realizados a partir de uma folha de cálculo e de processo, que servirá também para a preparação da máquina e acompanhamento da produção. As figuras abaixo apresentam as principais partes da folha cálculo e de processo Figura 3 - Folha de Cálculo e de Processo modelo Traub. Figura 4 - Rodapé da Folha de Cálculo e de Processo. 1 - Área reservada ao desenho da peça, esboço e identificação das ferramentas, dispositivos, calibres e tolerâncias. 2 - Nome da peça, número do desenho e identificação da matéria prima. 17 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 3 - Rotação e velocidade de corte na árvore. 4 - Rotação e velocidade de corte na ferramenta acionada. 5 - O Rendimento Horário é a rotação calculada para os eixos de movimentação dos cames e serve para estimar o tempo ideal de usinagem por peça. 6 - A Produção Ajustada é a rotação disponível na máquina para os cames. 7 - Na coluna de Operações é feita a descrição dos movimentos da ferramenta acionadas pelos cames (aproximação, espera, corte, retorno etc.). 8 - Distâncias reais dos Percursos realizados pelas ferramentas na execução dos movimentos. 9 - Avanços por rotação da árvore para os processos de usinagem (remoção de cavaco). 10 - As Rotações Necessárias são de rotações que a peça precisa executar para completar todo o percurso de usinagem 11 - As Rotações Produtivas são aquelas rotações que consomem tempo de produção. Quando duas ou mais ferramentas estão usinando ao mesmo tempo, apenas uma delas está produtiva. 12 - O Comprimento da Curva é a quantidade de graus necessários para fazer os movimentos do processo. Para os movimentos de aproximação, afastamento e espera são usadas relações diretas entre o dispositivo e o percurso. 13 - Os Tempos Secundários são os comprimentos de curva que consomem tempo de produção. Assim como nas rotações produtivas, os movimentos passivos que ocorrem durante outros movimentos não são considerados tempo secundário. 14 - Os Graus Produtivos são os comprimentos de curva relativos às rotações produtivas. Os graus produtivos são calculados pela distribuição dos graus que “sobram” após cumprir os tempos secundários. 15 - As Curvasde são os pontos de início dos movimentos das ferramentas. 16 - As Curvas até são os pontos de término dos movimentos das ferramentas. 17 - Área para cálculo do rendimento e relação entre rotação das ferramentas acionadas e do eixo árvore Exemplo 1: No início dos cálculos devemos observar bem o desenho da peça e verificar: - Tipo de material a ser usinado. - Grau de acabamento e tolerâncias. - Distribuição das operações nos dispositivos. Definidos os itens anteriores, vamos iniciar o preenchimento da folha de cálculo com o desenho da peça, das ferramentas, identificando os seus respectivos suportes e preenchimento dos dados do produto. 18 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 5 - Desenho da peça e das ferramentas. Agora vamos definir uma sequência lógica de operações. Apesar de mais de uma ferramenta poderem trabalhar simultaneamente, o preenchimento deve ser feito em sequência lógica de trabalho individual, e, posteriormente definimos se haverá trabalho conjunto. O preenchimento pode ser feito apenas com os dados de usinagem, mas a identificação de todos os movimentos evita erros. No nosso exemplo vamos mostrar todos os movimentos. Figura 6 - Sequência de operações Definimos os percursos realizados pelas ferramentas e preenchemos a segunda coluna. Esses percursos são definidos pelas necessidades, considerando: - Aproximar do ponto de parada até bem próximo de tocar a peça. Esta distância deve ser considerada pensando que, em todos os demais movimentos do processo, não podemos deixar que a ferramenta atrapalhe. - Usinar por um comprimento suficiente para garantir a geometria. - Retornar todo o movimento de aproximação e usinagem. 19 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 7 - Determinação dos percursos. Para todos os processos de remoção de material, vamos definir os avanços de trabalho. Esses dados podem ser retirados do catálogo do fabricante da ferramenta, de tabelas disponíveis ou mesmo da experiência adquirida profissionalmente. Figura 8 - Determinação dos avanços. As rotações necessárias são calculadas pela relação do comprimento de corte e o avanço. 𝑛 = 𝑙 𝑓 As rotações produtivas são definidas pelas possibilidades do processo. Caso uma operação possa acontecer simultaneamente a outra, definimos apenas a maior como produtiva. Devemos tomar cuidado nesta etapa, pois ela vai ser importante para o restante dos cálculos, e uma mudança posterior exige reiniciarmos deste ponto. 20 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 9 - Determinação das rotações. Os comprimentos de curva são definidos por relações tabeladas e fornecidas pelo fabricante da máquina. Estes são os movimentos rápidos da máquina, que independem da relação peça/ferramenta. Figura 10 - Relações dos tempos secundários (Traub) A tabela acima mostra as relações entre graus necessários para movimentar cada milímetro na ferramenta, para as aproximações e retornos nos diversos suportes de ferramentas. Esta relação deve ser respeitada, pois são função da construção da máquina. A alimentação padrão da máquina utiliza 40º e só deve ser mudada em casos especiais. Os tempos secundários são definidos pelos movimentos passivos que consomem tempo do processo, ou seja, aqueles que acontecem enquanto não existe nenhuma ferramenta usinando. Geralmente a primeira aproximação, o último retorno e a alimentação fazem parte dos tempos secundários. Os graus produtivos são definidos pela distribuição dos graus produtivos totais pelas rotações produtivas. 21 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 11 - Determinação dos Comprimentos de curva e dos tempos secundários. Na figura acima podemos ver que foram necessários 59º para os tempos secundários, sobrando então 301º (dos 360º totais) para serem distribuídos pelas 194 rotações produtivas. Dessa forma distribuiremos pela relação: 𝐺𝑟𝑎𝑢𝑠 = . . × 𝑛 =>𝐺𝑟𝑎𝑢𝑠 = ° × 134 = 207,9° Arredondamos os valores, pois esta precisão é desnecessária para o processo. Figura 12 - Determinação dos graus produtivos. Neste ponto já temos a geometria das curvas e podemos partir para o posicionamento delas na máquina. No nosso exemplo consideramos o primeiro tempo secundário iniciando no instante 0º e percorrendo seu período de 10º, então iniciamos o primeiro tempo produtivo de 93º, indo até o instante 103º. Como não existem tempos secundários entre as duas operações, no instante 103º a ferramenta de chanfrar termina seu percurso de usinagem e imediatamente a outra ferramenta inicia o corte, percorrendo seus 208º até o instante 311º. Os demais posicionamentos são completados considerando as geometrias das curvas. 22 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 13 - Posicionamento das curvas na máquina Figura 14 - Processo preenchido Ao chegarmos a este ponto, já podemos ter uma ideia da geometria dos cames, posicionamento dos mesmos na máquina e se o processo está coerente. Mas ainda temos que definir os parâmetros de máquina. Uma limitação da nossa máquina é a necessidade de trabalhar todos os processos na mesma rotação da árvore, isso faz com que tenhamos que calcular a rotação ideal para os diversos processos e adotar uma única como parâmetro de máquina. Vamos ver um exemplo: - O processo de torneamento externo pede 2000 RPM - O processo de sangramento pede 1000 RPM - O processo de furação pede 600 RPM - Qual rotação usar? Neste caso, se usarmos a maior rotação, provavelmente as brocas terão uma vida muito reduzida, e o bedame pode quebrar, mas se usarmos a menor, pode acontecer a formação de aresta postiça de corte na ferramenta externa... e agora? Então precisamos usar nossos conhecimentos para escolher a melhor solução, como usar brocas e bedames mais resistentes, ou usar revestimento especial, etc.... mas seguiremos no nosso exemplo. 23 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Definir a rotação na nossa peça é fácil, se considerarmos uma ferramenta de aço rápido e uma vida esperada de 6 horas, usamos as tabelas do fabricante. Figura 15 - Tabela de velocidade de corte (Traub) Para as duas ferramentas a condição ideal é trabalhar entre 100 e 120 m/min, portanto: 𝑛 í = 1000 × 𝑣 í 𝜋 × ∅ = 1000 × 100 𝜋 × 7 = 4547 𝑅𝑃𝑀 𝑛 á = 1000 × 𝑣 á 𝜋 × ∅ = 1000 × 120 𝜋 × 7 = 5456 𝑅𝑃𝑀 Procuramos o valor de rotação disponível na máquina entre os calculados e o adotamos como rotação de máquina. No nosso exemplo usaremos 5400 RPM, disponível na tabela da fig.16. Figura 16 - Tabela de rotações disponíveis (Traub) O último passo para este processo é definir a rotação das curvas. Se considerarmos que a cada giro da curva teremos uma peça produzida, podemos considerar esta rotação como o rendimento da máquina (produção). Por este motivo, a rotação dos eixos das curvas é dada em peças por hora (ou RPH). Os valores de rendimento são obtidos pela equação: 24 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑛 × 𝐺𝑟𝑎𝑢𝑠 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑅𝑜𝑡𝑎çõ𝑒𝑠 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑖𝑣𝑎𝑠 × 6 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 5400 × 301 196 × 6 = 1382 𝑝𝑒ç𝑎𝑠 ℎ𝑜𝑟𝑎 Não temos disponível nas relações de engrenagens essa rotação de 1382 peças por hora, então adotaremos a mais próxima disponível, no caso 1400. Nesta condição, teremos um tempo total de produção de uma peça de aproximadamente 2,6 segundos. 25 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 MFII - Prof. Me. Daniel Cirillo Marques - Cálculos de curvas e de tempo por peça. Peça: Pistão 0X21 Desenho nº DCM01 Material Latão □Ø 20 mm trefilado Fuso n = ........................................RPM Principal vc = .......................................... m/min Fuso de Rosquear n = ..........................................RPM ou Furar Rápido vc = ......................................... m/min Rendimento: .................................... peças/hora Tempo da peça: ................................. seg/peça Produção a ser ajustada: ......................................... peças/hora Operações Percurso [mm] Avanço [mm/rot] Rotações Graus curvas Neces- sárias Produ- tivas Comprim. da curva Tempo secundá- rio Produti- vos de até Fuso de Rosquear: Rosquear______________: _______________Rotações do fuso principal ou Furar Rápido Desrosquear _____________:________________ Rotações do fuso principal Rendimento: _____________________________ = _______________ peças/hora 26 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 MFII - Prof. Me. Daniel Cirillo Marques - Cálculos de curvas e de tempo por peça. Peça: Pino cônico Desenho nº DCM02 Material ABNT 1112 □Ø 25 mm trefilado Fuso n = ........................................ RPM Principal vc = .......................................... m/min Fuso de Rosquear n = ..........................................RPM ou Furar Rápido vc = ......................................... m/min Rendimento: .................................... peças/hora Tempo da peça: ................................. seg/peça Produção a ser ajustada: ......................................... peças/hora Operações Percurso [mm] Avanço [mm/rot] Rotações Graus curvas Neces- sárias Produ- tivas Comprim. da curva Tempo secundá- rio Produti- vos de até Fuso de Rosquear: Rosquear______________: _______________Rotações do fuso principal ou Furar Rápido Desrosquear _____________:________________ Rotações do fuso principal Rendimento: _____________________________ = _______________ peças/hora 27 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 MFII - Prof. Me. Daniel Cirillo Marques - Cálculos de curvas e de tempo por peça. Peça: Parafuso Desenho nº DCM03 Material Latão duro □Ø 20 mm trefilado Fuso n = ........................................ RPM Principal vc = .......................................... m/min Fuso de Rosquear n = ..........................................RPM ou Furar Rápido vc = ......................................... m/min Rendimento: .................................... peças/hora Tempo da peça: ................................. seg/peça Produção a ser ajustada: ......................................... peças/hora Operações Percurso [mm] Avanço [mm/rot] Rotações Graus curvas Neces- sárias Produ- tivas Comprim. da curva Tempo secundá- rio Produti- vos de até Fuso de Rosquear: Rosquear______________: _______________Rotações do fuso principal ou Furar Rápido Desrosquear _____________:________________ Rotações do fuso principal Rendimento: _____________________________ = _______________ peças/hora 28 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 MFII - Prof. Me. Daniel Cirillo Marques - Cálculos de curvas e de tempo por peça. Peça: Tampão Desenho nº DCM04 Material Latão Macio □ Ø 20 mm trefilado Fuso n = 1550RPM Principal vc = .......................................... m/min Fuso de Rosquear n =1200/2400 RPM ou Furar Rápido vc = ......................................... m/min Rendimento: 72,7peças/hora Tempo da peça: 49,5 seg/peça Produção a ser ajustada: ......................................... peças/hora Operações Percurso [mm] Avanço [mm/rot] Rotações Graus curvas Neces- sárias Produ- tivas Comprim. da curva Tempo secundá-rio Produti- vos de até Fuso de Rosquear: Rosquear______________: _______________Rotações do fuso principal ou Furar Rápido Desrosquear _____________:________________ Rotações do fuso principal Rendimento: _____________________________ = _______________ peças/hora 29 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 MFII - Prof. Me. Daniel Cirillo Marques - Cálculos de curvas e de tempo por peça. Peça: Pino Desenho nº DCM05 Material 9SMnPb28K □Ø 20 mm trefilado Fuso n = 1550RPM Principal vc = .......................................... m/min Fuso de Rosquear n =1200/2400 RPM ou Furar Rápido vc = ......................................... m/min Rendimento: 72,7peças/hora Tempo da peça: 49,5 seg/peça Produção a ser ajustada: ......................................... peças/hora Operações Percurso [mm] Avanço [mm/rot] Rotações Graus curvas Neces- sárias Produ- tivas Comprim. da curva Tempo secundá- rio Produti- vos de até Fuso de Rosquear: Rosquear______________: _______________Rotações do fuso principal ou Furar Rápido Desrosquear _____________:________________ Rotações do fuso principal Rendimento: _____________________________ = _______________ peças/hora 30 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Aulas 05 e 06 – ENSAIO PARA ACEITAÇÃO DE TORNOS PARALELOS Objetivo: Verificação e ajustagem da precisão da máquina através de ensaios geométricos e testes práticos. Estes ensaios e testes são realizados na entrega técnica da máquina por motivo de aquisição e depois de retirada para manutenção. Primeiramente vamos conhecer as partes de um torno. 31 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 1) Verificação de funcionamento. O grupo deve fazer uma observação detalhadada máquina antes de iniciar o teste, verificando: - Aparência geral da máquina - Funcionamento dos acionamentos - Funcionamento dos dispositivos de segurança - Vibrações e ruídos - Entre outros Pintura: Acionamentos: Acessórios: Avanços: Rotações: Segurança: Apoios: Correias: Lubrificações: Ruídos: Comente as consequências para processo e/ou peça dos detalhes encontrados nesta fase: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 32 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 2) Nivelamento do barramento longitudinal e transversal Fazer as medições em um número de posições igualmente espaçadas ao longo do comprimento do barramento. Verificar os valores encontrados e, através dos apoios, colocar a máquina dentro das especificações - Equipamentos: Nível de precisão, métodos óticos etc. - Tolerâncias: Longitudinal 0,02mm/m; transversal 0,04mm/m Anotar os valores encontrados na primeira leitura, e os valores obtidos após ajustagem, nas tabelas abaixo: Longitudinal dianteiro Próximo a placa meio final inicial Ajustado inicial ajustado inicial ajustado Longitudinal traseiro Próximo a placa meio final inicial Ajustado inicial ajustado inicial ajustado Transversal Próximo a placa meio final inicial Ajustado inicial ajustado inicial ajustado 33 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Comente as consequências para processo e/ou peça caso esta fase não seja realizada. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 3) Retilineidade do movimento do conjunto da mesa no plano horizontal (ponta e contra ponta) Fazer a medição em um movimento contínuo da mesa por todo barramento, utilizando o relógio comparador ou apalpador tocando lateralmente a barra padrão. Fazer os ajustes necessários. - Equipamentos: Relógio comparador ou apalpador, barra padrão entre pontas ou régua padrão - Tolerância 0,02mm Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. retilineidade inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 34 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 4) Diferença de altura entre os centros (ponta e contra ponta) Fazer a medição em um movimento contínuo da mesa por todo barramento, utilizando o relógio comparador ou apalpador, tocando a parte superior da barra padrão. Fazer os ajustes necessários. - Equipamentos: Relógio comparador ou apalpador, barra padrão entre pontas ou régua padrão - Tolerância 0,02mm Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. diferença de altura inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 5) Paralelismo entre o movimento longitudinal do carro porta ferramentas e o plano entre pontas. Apalpar a barra padrão entre pontas ou régua, movimentando o carro longitudinal. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador e barra padrão entre pontas - Tolerância 0,04/300 35 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. paralelismo inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 6) Paralelismo entre o movimento da mesa e do cabeçote móvel Movimentar, simultaneamente, a mesa e o cabeçote móvel com o apalpador tocando a manga (acima e ao lado) - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,03mm 36 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. superior lateral Inicial ajustado inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 7) Paralelismo entre a manga do cabeçote móvel e o movimento longitudinal da mesa nos planos horizontal e vertical. Apalpar a lateral da manga do carro móvel estendida e movimentar a mesa. Repetir o procedimento apalpando a parte superior da manga. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador -Tolerâncias: 0,02/100 para cima; 0,15/100 para a frente Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. superior lateral Inicial ajustado inicial ajustado 37 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 8) Bamboleamento da facede encosto da placa. Apalpar a face de encosto da placa (na arvore) verificando a variação no giro. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,02mm Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. variação inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 38 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 9) Batimento da superfície de encosto da placa. Apalpar o cone externo do nariz da árvore verificando a variação no giro. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,01mm Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. batimento inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 10) Batimento da superfície de encosto do ponto fixo. Apalpar o cone interno da árvore, ou, opcionalmente o cone externo do ponto fixo verificando a variação no giro. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,01mm 39 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. batimento inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 11) Imprecisão total de giro do ponto fixo. Apalpar o cone de centragem do ponto fixo verificando a variação no giro. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,015mm 40 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. batimento inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 12) Medição do deslocamento axial da árvore Apalpar a face do nariz da árvore e exercer esforço axial na extremidade oposta ao nariz, verificando a folga da mesma. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,01mm Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. variação inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 41 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 13) Deslocamento axial do fuso principal (folga). Apalpar a face do fuso principal, engatar a mesa e exercer esforço necessário para movimentar o carro engatado, gerando o deslocamento do fuso. - Equipamentos: Relógio apalpador ou comparador - Tolerância 0,02mm Anotar na tabela abaixo os valores encontrados na primeira leitura e os valores obtidos após ajustagem. variação inicial ajustado Comente as consequências para processo e/ou peça: __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 42 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Aulas 07 e 08 – ESFORÇOS NO FRESAMENTO 1 - Máquinas - Fresadoras horizontais - Fresadoras verticais - Fresadoras universais - Fresadoras Copiadoras - Centros de usinagem 2 - Movimento relativo do par peça-fresa 2.1 Movimento concordante Ocorre quando as velocidades de corte e de avanço tendem a se somar (concordar). O movimento concordante inicia o corte com a espessura máxima (hmáx) e termina com a espessura igual a zero. Figura 1 – Fresamento Tangencial Concordante 2.2. – Movimento discordante. Ocorre quando as velocidades de corte e de avanço tendem a se subtrair. (discordar). O movimento discordante inicia o corte com a espessura do cavaco igual a zero (h=0) e termina com espessura máxima (hmáx). Figura 2 – Fresamento Tangencial Discordante 43 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 2.3 – Comparações: discordante, concordante. No movimento concordante, temos a tendência dos esforços da ferramenta a comprimir a peça sobre a mesa da fresadora, auxiliando de certa maneira a fixação da peça. No movimento discordante, temos a tendência dos esforços da ferramenta a arrancar a peça da mesa da máquina. No movimento concordante enquanto a porca tenta ir para um lado, para ter contato com o fuso e, assim, movimentar a mesa da máquina no sentido desejado, a força de usinagem tenta empurrá-lo para o sentido oposto, o que gera vibração. Vantagens do movimento concordante - Exige dispositivos mais baratos, ou seja, menos robustos. - Desgaste menor na superfície de folga da ferramenta. - Menor vibração durante o corte - Melhor acabamento Desvantagens do movimento concordante - Maior desgaste na superfície de saída - Por iniciar o corte com hmáx em peças com camadas superficiais endurecidas, o contato inicial da aresta de corte se dá em condições desfavoráveis. - A componente horizontal da Fu possui mesmo sentido da força de avanço da mesa. Vantagens do movimento discordante - Não é afetado pela folga existente entre porca e fuso. - Por iniciar o corte com h=0, o contato inicial da aresta de corte se dá em condições mais favoráveis para peças com camada superficial endurecida. Desvantagens do movimento discordante - No início do corte quando a fresa toca a peça, ela é forçada para dentro da mesma, um excessivo atrito (tende, como consequência, à deformação plástica daquela região ao invés da formação do cavaco) e altas temperaturas. - O início do corte se dá em uma região encruada pelo dente anterior da ferramenta, dificultando o corte. - No início do corte os esforços tendem a afastar o eixo da ferramenta da peça e no final o efeito é oposto, causando vibrações indesejáveis que prejudicam o acabamento. - Maior desgaste nas superfícies de folga da ferramenta 44 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Figura 3 - Forças no fresamento concordante 3 - Tipos fundamentais de fresamento - Fresamento tangencial - Fresamento frontal 3.1 – Esforços no Fresamento Tangencial.Ângulo de contato entre o dente e a fresa, ângulo entre dentes e número de dentes em trabalho. Figura 4 – Número de dentes em trabalho Da figura 4 podemos determinar as expressões abaixo: R aeR 0cos Eq. 1 Zd 360 Eq. 2 d efZ 0 Eq. 3 45 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Onde: Z Número de dentes da fresa ψd Ângulo entre dentes da fresa ψο Ângulo de contato entre o dente da fresa e a peça R Raio da fresa R Raio da fresa ae Penetração de trabalho Zef Número de dentes em trabalho Cálculo da espessura de corte, h e da força de corte, Fc. Figura 5 – forças no fresamento tangencial senfh z Eq. 4 max01 hsenfh z doz senfh 2 doz senfh 23 Para o cálculo da força de corte sempre colocamos um dente na posição de máximo esforço, utilizando a equação de Kienzle, obtemos a força de corte para cada dente no instante considerado. Ângulo - ψi Espessura de corte - hi Força de corte –FCi 0 01 senfh z ZSC hbKF 1111 d 0 dz senfh 02 ZSC hbKF 1212 .... ..... .... dn 10 dzn nsenfh 10 ZnSCn hbKF 11 46 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 m Podemos determinar a força de corte máxima como sendo a somatória de todas as forças de corte que agem em um dado instante, portanto: ZnZZS Z i CiCmáx hhhbKFF 112111 1 ... Eq. 5 Normalmente não utilizamos a força de corte máxima, mas a força de corte média, ou seja: ef Z mSCm ZhbKF 1 1 Eq. 6 Onde: FCm Força de corte média KS1 Pressão específica de corte b Comprimento ou largura de usinagem hm Espessura média de corte Zef Número de dentes em trabalho. Para o cálculo da potência média de corte, PC, para fresas cilíndricas de dentes retos utilizando o critério de Kienzle, temos: Z SS hKK 11 Eq. 7 hbKAKF SSC Eq. 8 Substituindo a equação 7 em 8, temos a equação de Kienzle Z SC hbKF 11 Eq. 9 A velocidade de avanço no fresamento pode ser obtida por: Zfnfnv zf Eq. 10 Como h = f(ψ) e Ks = f(h), e substituindo a equação 4 na equação 10 e em seguida na equação 9, temos: Z Z f SC senZn v bKF 1 1 1 Eq. 11 A equação 11 é muito trabalhosa para aplicação, portanto utilizaremos uma simplificação. Usaremos um Ksmédio (Km) para um valor de hmédio, ou seja: 47 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 −z mzmm senfh 2 0 Eq. 12 Z mSm hKK 1 Eq. 13 Substituindo a equação 13 na equação 11, obtemos: sen Zn v bKF fmC Eq. 14 O trabalho elementar efetuado por dente por volta pode ser obtido: dRFd C Eq. 15 Substituindo a equação 14 em 15, obtemos: 0 0 dRsen Zn v bK fm Eq. 15 0 0 dsen Zn RvbK fm 00cos1 Zn RvbK fm Utilizando a equação 1, temos: D ae R ae R aeR 21 1cos 0 0cos1cos1 Zn RvbK fm R ae Zn RvbK fm 11 A equação 16 nos dá o trabalho realizado por um dente em uma volta Zn aevbK fm Eq. 16 A potência média de corte, Pc pode ser calculada utilizando a equação 17. Zn t PC Eq. 17 48 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Substituindo a equação 16 na equação 17, temos: Zn Zn aevbK P fmC aevbKP fmC Eq. 18 Componentes da força de usinagem. Até agora determinamos a componente tangencial da força de usinagem no processo de fresamento cilíndrico tangencial, entretanto, a componente radial da força de usinagem é importante no dimensionamento da máquina ferramenta, a resultante da força de corte e força radial é a força ativa, ou seja, a projeção da força de usinagem no plano de trabalho. A força ativa pode ser decomposta em força de avanço e força de apoio, de acordo com a figura 6, temos: Fc = força de corte FR = força radial Ff = força de avanço Fap = força de apoio Ft = força ativa Figura 6 – Decomposição da força ativa no fresamento com fresas cilíndricas tangenciaisde dentes retos O valor da relação FR/Fc vai depender do ângulo ψ, dos ângulos de corte e do tipo de movimento relativo (concordante ou discordante). Para ψ pequeno, esta relação é grande no movimento discordante devido ao efeito de cunha da ferramenta. Da figura 6 tiramos as seguintes equações: 49 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 C R F F tg Eq. 19 2222 fapRCt FFFFF Eq. 20 Para o movimento discordante, temos: costf FF Eq. 21 senFF tap Eq. 22 Para o movimento concordante, temos: costf FF Eq. 23 senFF tap Eq. 24 Os valores médios de Ff, Fap e FR, foram obtidos experimentalmente em função da força tangencial média (Ftm) e encontra-se na tabela 1. Tabela 1 – Valores médios de Ff, Fap e Fr, obtidos experimentalmente segundo Graupner Tipo de fresamento Relação FR/ Ft Ff/ Ft Fap/ Ft Concordante 0,35 - 0,40 0,80 - 0,90 0,75 - 0,80 Discordante 0,35 - 0,40 1,00 - 1,20 0,20 - 0,30 A força tangencial média pode ser obtida por: C C tm v P F Eq. 25 Potência de avanço, Pf. A potência de avanço é a potência necessária para movimentar a mesa ou carro no processo de fresamento e pode ser obtida a partir de: ffmedf vFP Eq. 26 Para o movimento discordante e a partir dos dados da Tabela 1, temos que a força de avanço média é 1,1 vez maior que a força tangencial media, a partir desta relação podemos escrever: 50 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 C fmf v vaebK P 2 1,1 Relacionando a potência de avanço com a potência de corte, temos; C f C f v v P P 1,1 Segundo Ferraresi (1972) a relação acima é da ordem de 0,02 para o movimento discordante, desta forma, a potência de avanço é 2% da potência de corte. As perdas nas guias, engrenagens, parafusos de acionamento, mancais etc. São muito grandes, portanto, devemos considerar para o dimensionamento do motor de avanço das fresadoras uma potência da ordem de 15% do de acionamento da ferramenta. Quando a fresadoras possui um motor único para gerar o movimento de corte e avanço deve-se considerar o rendimento do sistema de acionamento entre 60 a 70%. Quando os movimentos de corte e avanço são gerados de forma independente devemos considerar o rendimento do sistema de acionamento entre 70 a 80%. 3.2 – Esforços no Fresamento frontal Espessura de corte do cavaco, h, comprimento de corte, b, espessura média do cavaco e ângulos de posicionamento da ferramenta em relação à fresa. A partir da figura 6, podemos determinar uma expressão para cálculo de h e b. Figura 7 – Espessura de corte em função do ângulo de posicionamento do dente e do ângulo de posição. z z f f sen ' Eq. 27 rz sensenfh Eq. 28 51 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 r p sen a b Eq. 29 Podemos a partir da figura 8, determinar os ângulos de posicionamento da ferramenta em relação à peça e o ângulo de contato entre a peça e ferramenta. Figura 8 – Posição da fresa frontal em relação à peça. R ae1 1cos Eq. 30 R ae2 2cos Eq. 31 12 Eq. 32 A partir da figura 7, podemos determinar uma expressão para cálculo da espessura média do cavaco, hm. 2 1 12 1 dhhm 2 1 12 1 dsensenfh rzm 2 1 12 dsen senf h rzm 2 1 cos 12 rzm senf h 21 12 coscos rzm senf h ψ1 e ψ2 em radianos Eq. 33 Força de Corte. rzSC sensenfbKF Eq. 34 52 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Adotando-se o modelo de Kienzle, temos: ZrzSC sensenfbKF 11 Eq. 35 Potência média de corte. O trabalho de corte realizado por um dente no percurso correspondente ao ângulo ψ1menos ψ2 será: 2 1 2 dDFC Para FCmédia, temos: 2 1 2 dDhbKm 2 12 dsensenfDdbK rzm 2 1 . 2 dsensenfDdbK rzm 2 1 cos. 2 rzm senf D dbK 21 coscos.2 rzm senf D dbK Eq. 36 A potência de corte média correspondente a uma rotação “n” e para um número de dentes z da fresa será: Zn t PC Substituindo temos: ZnsenfDdbKP rzmC 21 coscos.2 Substituindo as equações 30 e 31 na equação acima, temos: Zn D ae D ae senf D dbKP rzmC 21 22 . 2 ZnaesenfbKP rzmC 53 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Substituindo a equação 29 na equação acima, temos: Znaesenf sen a KP rz r p mC ZnaefaKP zpmC fpmC vaeaKP Eq. 37 Exercícios: 1- Calcular: Força de corte máxima, Potência média de corte, Potência fornecida pelo motor, Potência de linha para as condições abaixo: • Material da peça: ABNT 4320;KS1 1450 N/mm² / z 0,199. • Dimensões: ap 75 mm, ae 3 mm; lf 300mm. • Fresa tangencial de metal duro, Ø 80 mm, z 6 dentes, largura 80 mm; • Processo: vc 80 m/min, fz 0,15 mm/aresta; • Rendimento do motor = 0,9; • Máquina: rendimento da máquina = 0,5 2- Calcular: Força de corte máxima, Potência média de corte, Potência fornecida pelo motor, Potência de linha para as condições abaixo: • Material da peça: SAE 1030; KS1 200 kgf/mm² / z 0,26; • Dimensões: ap 100 mm, ae 6 mm; • Fresa tangencial de metal duro, Ø 80 mm, Z 12 dentes, largura 120 mm; • Processo: vc 60 m/min, fz 0,25 mm/aresta; • Rendimento do motor = 0,9; • Rendimento da máquina = 0,7; 3- Calcular: Força de corte máxima, Potência média de corte, Potência fornecida pelo motor, Potência de linha para as condições abaixo: • Material da peça: SAE 1030; KS1 200 kgf/mm² / z 0,25; • Dimensões: ap 5 mm, ae 100 mm; • Fresa frontal de metal duro, Ø 125 mm, Z 12 dentes, κr 90º • Processo: vc 80 m/min, fz 0,10 mm/aresta, j 5%; • Rendimento do motor = 0,9; • Rendimento da máquina = 0,6 54 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 ENSAIO DE FRESAMENTO Material:_______________________________________________________________ Fresadora:______________________________________________________________ Ferramenta:_____________________________________________________________ Procedimentos: Executar o fresamento de uma superfície em diversas condições de velocidade de corte e de avanço, comparando os resultados obtidos com valores calculados Ferramenta: Diâmetro:______mm, Arestas________ κr _____º γo_______ºλs____º n (RPM) vf(mm/min) fz (mm) hm (mm) Pc (cv) Pc teórica Fazer os gráficos comparando teoria e ensaio: 55 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Aulas 09 e 10 – ESFORÇOS NA FURAÇÃO A usinagem de furos com brocas helicoidais é uma das operações mais utilizadas na indústria. Como geralmente não se trata de operação final, ou seja, após a mesma, a peça ainda costuma passar por alargamento ou mandrilhamento, ou as tolerâncias não são tão críticas, é comum precisarmos trabalhar nas condições limites do processo. O estudo dos esforços na furação pode ser interessante para minimizarmos os tempos de processo. 1 – Generalidades. No processo de furação ocorrem as seguintes resistências a penetração da broca: – Resistência devido ao corte do material nas arestas principais de corte; – Resistência devido ao corte e esmagamento do material na aresta transversal de corte; – Resistência devido ao atrito das guias com a parede do furo e entre a superfície de saída da broca e o cavaco. Durante o processo de usinagem a broca é submetida a esforços de torção e a esforços de compressão, desta forma, em função das resistências a penetração da broca podemos expressar momento torsor total e a força de avanço total, como: MtcMtbMtaMtt Eq. 1 cFbFaFtF ffff Eq. 2 onde: Mtt = Momento torsor total; Fft = Força de avanço total; a, b, c = Contribuições das resistências citadas acima. Tabela 1 – Participação percentual das diferentes resistências a penetração dabroca. Arestas principais Aresta transversal Atritos Momento torsor 77-90% 3 - 10% 3 - 13% Força de avanço 39-59% 40 - 58% 2 - 5% 56 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 2 – Fórmulas experimentais para cálculo dos esforços de corte no processo de furação. 2.1 – Fórmula de Kronenberg para determinação do momento torsor na furação em cheio 11 1 yx fDCMt [kgf.mm] Eq. 3 onde: D = diâmetro da broca [mm]; f = avanço [mm/volta]; C1, x1, y1 = constantes empíricas do material da peça [Tabela 2]. Tabela 2 – Constantes empíricas C1, x1, y1 da fórmula de Kronenberg. Aços ABNT / SAE/ Villares σ [kgf/mm2] C1 x1 y1 1085 88,5 30,2 +/- 0,5 2,05 0,86 1020 38,5 15,1 +/- 0,4 2,22 0,76 1065 83,2 24,3 +/- 0,9 2,05 0,83 1055 78,3 21,9 +/- 0,3 2,01 0,77 1025 45,0 37,9 +/- 0,6 1,87 0,77 52100 64,0 46,8 +/- 0,9 1,97 0,77 VM 20 64,9 48,6 +/- 1,2 1,77 0,72 VND 74,4 26,2 +/- 0,8 2,13 0,78 VS 60 96,0 10,9 +/- 0,8 2,33 0,70 VW 3 71,7 20,7 +/- 0,6 2,20 0,81 VMO 73,0 29,8 +/- 0,8 2,11 0,87 VCO 82,6 62,1 +/- 1,2 1,89 0,91 2.2 – Fórmula de Daar para determinação da força de avanço na furação em cheio. 22 2 yx f fDCF [kgf] Eq. 4 onde: D = diâmetro da broca [mm]; f = avanço [mm/volta]; C2, x2, y2 = constantes empíricas do material da peça [Tabela 3]. 57 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Tabela 3 – Constantes empíricas C2, x2, y2 da formula de H. Daar. Aços ABNT / SAE/ Villares σr [kgf/mm2] C2 x2 y2 1085 88,5 161,0 +/- 8 1,02 0,79 1020 38,5 32,5 +/- 0,4 1,32 0,65 1065 83,2 49,6 +/- 0,8 1,07 0,54 1055 78,3 22,0 +/- 0,5 1,32 0,54 1025 45,0 33,4 +/- 0,8 1,21 0,60 52100 64,0 41,9 +/- 0,8 1,41 0,66 VM 20 64,9 27,3 +/- 0,6 1,30 0,59 VND 74,4 55,1 +/- 1,4 1,29 0,72 VS 60 96,0 42,7 +/- 1,0 1,35 0,70 VW 3 71,7 27,7 +/- 0,6 1,45 0,66 VMO 73,0 66,2 +/- 1,9 1,18 0,71 VCO 82,6 72,2 +/- 2,2 1,13 0,69 2.3 – Fórmula de H. Daar para determinação do momento de torsor na furação com pré-furação. 3332313 xxxz dDDfCMt [kgf.mm] Eq. 5 onde: D = diâmetro da broca [mm]; d = diâmetro do pre-furo [mm]; f= avanço [mm/volta]; C3, x3, z3 = constantes empíricas do material da peça [Tabela 4]. Tabela 4 – Constantes empíricas C3, x3, (1- z3) da fórmula de H. Daar. Aços ABNT / SAE/ Villares σr [kgf/mm2] C3 x3 1-z3 1085 88,5 27,6 1,9 0,71 1020 38,5 24,1 1,6 0,77 1065 83,2 18,9 2,1 0,70 1055 78,3 20,2 1,7 0,66 1025 45,0 22,0 1,9 0,74 52100 64,0 34,8 2,5 0,70 VM 20 64,9 21,7 1,9 0,70 VND 74,4 37,6 1,9 0,78 VS 60 96,0 47,5 0,5 0,69 VW 3 71,7 26,6 2,1 0,75 VMO 73,0 31,0 1,7 0,80 VCO 82,6 31,0 1,8 0,81 58 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 2.4 – Fórmula de H. Daar para determinação da força de avanço na furação com pré-furação. 4441414 xxxyf dDDfCF [kgf] Eq. 6 onde: D = diâmetro da broca [mm]; d = diâmetro do pre-furo [mm]; f= avanço [mm/volta]; C4, x4, y4 = constantes empíricas do material da peça [Tabela 5]. Tabela 5 – Constantes empíricas C4, x4, (1- y4) da fórmula de H. Daar. Aços ABNT / SAE/ Villares σr [kgf/mm2] C4 x4 1-y4 1085 88,5 38,0 0,9 0,51 1020 38,5 112,0 0,2 0,61 1065 83,2 27,8 0,6 0,44 1055 78,3 38,0 0,4 0,38 1025 45,0 41,5 0,6 0,57 52100 64,0 64,4 1,2 0,54 VM 20 64,9 46,0 0,5 0,54 VND 74,4 93,5 0,6 0,68 VS 60 96,0 -69,0 -0,2 0,40 VW 3 71,7 52,2 0,7 0,61 VMO 73,0 -268,0 -0,1 0,64 VCO 82,6 74,5 0,5 0,68 3 – Resistência de uma broca helicoidal e avanço máximo permissível. Uma broca helicoidal é submetida aos esforços de compressão e torsão. Se os esforços em cada aresta de corte da broca não forem iguais aparecera uma força resultante radial diferente de zero, que provocara uma flexão na broca. Nas brocas com diâmetros pequenos, menores que 3.5 mm deve-se levar em conta também a solicitação a flambagem. Para o cálculo do avanço máximo permissível em função da resistência da broca devemos considerar alguns itens como: A tensão ideal resultante da ação conjunta de um momento torsor e da força de compressão (força de avanço) pode ser obtida por: 3 4,36 D Mt i Eq. 1.7 A tensão admissível para em broca helicoidal de aço rápido é 25 kgf/mm². Podemos então determinar o avanço máximo para furação em cheio utilizando a fórmula de Kronenberg, temos então: 59 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 1 1 13 max 69,0 y x C D f [mm/volta] Eq. 8 Cálculo do avanço máximo permissível em função da potência máxima da furadeira. A potência máxima disponível no eixo arvore de uma furadeira pode ser dado por: 7560 max CCmCdisp vF PP [cv] Eq. 9 Onde: PCdisp = potência de corte disponível [cv]; Pm = potência do motor [cv]; Η = rendimento da máquina FCmax = força de corte máxima [kgf] vC = velocidade de corte [m/min] D Mt FC max max 2 e 1000 nD vC Assim: 75601000 2 max D nDMt Pm Eq. 10 Portanto: n P Mt m 716200 max Eq. 11 Mas: 11 1 yx fDCMt Então: 1 1 1 max 716200 y x m DCn P f [mm] Eq. 12 60 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 4 – Vida das brocas. Verificou-se experimentalmente a existência da relação abaixo entre a vida “L” de uma broca e a velocidade de corte “vc”. CLLv zC Eq. 13 Onde: VC = velocidade de corte [m/min] L = vida da broca [mm] Z e CL = constantes empíricas Tabela 6 – Constantes “z” e “CL”da equação de vida para brocas helicoidais de aço rapido, utilizando- se fluido refrigerante. Material σr * Composição aproximada [%] Avanço z CL C Mn Cr Ni Mo V ∗σr [kgf/mm2] Aço cromo níquel de beneficiamento 80 0,3 0,6 0,75 3,5 0,2 0,3 0,082 50,3 42,7 Aço cromo níquel de beneficiamento 70 0,35 0,6 0,5 1,5 0,2 0,3 0,122 90,0 71,0 Aço cromo níquel de cementação 75 0,15 0,5 0,75 3,5 0,2 0,3 0,188 161,0 130,0 Aço cromo níquel de cementação 55 0,15 0,5 0,20 1,5 0,2 0,3 0,150 150,5 119,0 Aço carbono 70 0,6 0,2 0,3 0,06 92,5 72,7 Aço carbono 45 0,25 0,2 0,3 0,114 157,0 147,5 Aço carbono 65 0,35 0,55 0,1 0,137 109,0 Aço liga de alta resistência a quente 86 0,06 1,3 17 13 1,5 0,7 0,2 0,088 26,4 Aço liga de alta resistência a quente 63 0,04 0,9 16 29 0,2 0,116 11,1 FoFo nodular, normalizado 60 2,0 0,28 1,77 Si = 2,14 0,1 0,3 0,078 47,1 43,0 FoFo nodular, recozido com casca de fundição 45 2,0 0,28 1,77 Si = 2,14 0,1 0,16 57,6 FoFo nodular recozido, sem casca de fundição 45 2,0 0,28 1,77 Si = 2,14 0,1 0,3 0,03 51,7 59,4 61 Prof. Me. Daniel Cirillo Marques 2º semestre de 2022 Exercícios: 1) Pretende-se realizar uma furação em cheio com uma broca helicoidal de aço rápido de 22 mm de diâmetro, com ângulo de ponta igual a 118º utilizando-se uma furadeira radial com as seguintes características: − Potência do motor = 4.0 kW; − Rendimento da máquina = 75%; − Momento de torção máximo = 850 Nm; − Força de avanço máxima, Ff = 10000 N; − Gama de rotações = 45 / 63 / 90 / 125 / 180 / 250 / 355 / 500 / 710 / 1000/ 1400 / 2000; − Gama de avanços = 0,025
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