Manufatura Mecânica Usinagem e Conformação(EMC112)-Aula 03

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<p>MANUFATURA MECÂNICA: USINAGEM E CONFORMAÇÃO</p><p>TUTOR: ÍCARO J. R. QUEVEDO</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A usinagem é um procedimento essencial na indústria metal mecânica, é o processo que consiste em dar forma aos materiais por meio da remoção de cavaco, conferindo ao produto final as formas, as dimensões e os acabamentos especificados em desenhos técnicos mecânicos. Para que isso seja possível, nesse processo, alguns fatores precisam ser considerados, como o tipo do material a ser usinado, as ferramentas de corte e, principalmente, as operações a serem realizadas.</p><p>A usinagem pode ser efetuada por meio de processos convencionais, como o torneamento e o fresamento, por máquinas de comando numérico computadorizado (CNC) ou, ainda, por processos especiais de acabamento, de cortes e de perfis complexos.</p><p>CONCEITO DE USINAGEM</p><p>Os componentes fabricados pelos processos convencionais, como fundição e forjamento, normalmente apresentam superfície mais grosseira, o que requer um acabamento. Para alguns tipos de componentes, os processos de fundição e forjamento não apresentam as melhores condições de custo e produtividade. Dessa forma, o processo de usinagem possibilita obter equilíbrio de custo e produtividade, além de proporcionar bons níveis de acabamento superficial para os mais variados tipos de materiais, ao mesmo tempo que permite a obtenção de dimensões mais precisas.</p><p>CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM</p><p>A usinagem forma um grupo de técnicas baseadas na remoção de cavaco. As diversas técnicas de usinagem podem ser classificadas em usinagem convencionais e usinagem por máquinas com comando numérico computadorizado (CNC).</p><p>CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM</p><p>CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM</p><p>As máquinas de usinagem podem desenvolver peças com variados formatos, com grande precisão e acabamentos superficiais adequados, as operações de acabamento superficial, que têm a finalidade de eliminar as irregularidades, deixando as superfícies com dimensões exatas e com excelente acabamento. Um dos grupos de usinagem mais conhecidos são os processos de usinagem convencional, que é definido como o grupo de processos de fabricação secundários pelo qual o excesso de material é removido por cisalhamento. A partir de uma peça pré-formada usando uma ferramenta em forma de cunha de corte é trabalhada formando cavacos. Dessa forma, no processo obtém-se a forma desejada, acabamento e tolerância.</p><p>VELOCIDADE DE CORTE</p><p>A velocidade de corte (Vc) é a velocidade circunferencial ou de rotação da peça, ou seja, a velocidade determinada a cada rotação da peça em que perímetro passa uma vez pela aresta cortante da ferramenta. Trata-se de um parâmetro importante na usinagem que estabelece a quebra de cavaco, grau de rugosidade e vida útil da ferramenta. A velocidade também varia conforme o tipo de material, classe do inserto, a ferramenta e a operação de usinagem.</p><p>GEOMETRIA DA FERRAMENTA</p><p>O desenvolvimento dos processos requer a adaptação das ferramentas às tecnologias de usinagem, que sofrem grande solicitação mecânica, principalmente no corte a seco e em altas velocidades. Segundo Trent (1996), toughness é a qualidade mais importante para um material de ferramenta, sem medida para tal grandeza, é definida pelo autor, como a capacidade de continuar cortando em condições difíceis por longos períodos sem a fratura da aresta de corte. O material de corte ideal combina a dureza elevada à tenacidade e estabilidade química. Dureza e tenacidade são antagônicas, e não existe material que proporcione estas propriedades simultaneamente. Buscando combinar as três características são aplicados revestimentos às ferramentas em camadas resistentes ao desgaste sobre uma superfície tenaz. A espessura dessas camadas deve estar entre 3-10μm, sendo a combinação e sequência determinadas pela aplicação de corte.</p><p>GEOMETRIA DO CORTE</p><p>O desenvolvimento das ferramentas de corte ocorreu através da otimização da macrogeometria e de materiais de corte e recobrimento com melhor desempenho. Atualmente, pesquisas mostram que é possível otimizar a usinagem, melhorando a qualidade superficial da aresta de corte e com a caracterização de formas definidas em sua geometria.</p><p>GEOMETRIA DA CUNHA DE CORTE</p><p>A geometria da cunha de corte é um parâmetro que exerce grande influência no desempenho do processo de usinagem, pois determinam os ângulos da cunha cortante de uma ferramenta: o ângulo de saída, ângulo de posição, raio de ponta e ângulo de folga.</p><p>A geometria da cunha de corte é formada pela determinação de ângulos, que devem ser finamente ajustados para a realização do corte ou formação da geometria desejada, a base da geometria de uma ferramenta de corte.</p><p>MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE</p><p>As ferramentas de corte podem ser de diferentes materiais, embora as mais convencionais sejam de aço, podem ser compostas de aço rápidos que são aqueles com alto carbono e ligados a elementos como Tungstênio, Cobalto, Molibdênio e Vanádio. De forma geral, o comportamento, em serviço, da ferramenta está associado à influência direta na composição química dos aços. O elemento essencial dos aços é o carbono, que lhe confere a dureza a quente e resistência ao desgaste ao formar carbonetos complexos. Outra característica importante é a tenacidade que também varia com a presença do carbono, a tenacidade deve ser considerada inversamente proporcional à quantidade deste. A adição de elementos de liga confere propriedades diversas aos aços ferramenta.</p><p>MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE</p><p>O metal duro é o material mais importante empregado em ferramentas de usinagem, trata-se de um produto fabricado de pós-metálicos compactados e submetidos à operação de sinterização. É formado basicamente por carbonetos de tungstênio, os quais conferem os efeitos de resistência ao desgaste, e por um elemento aglomerante, no caso o cobalto, conferindo tenacidade ao material.</p><p>TORNEAR</p><p>Tornear é um termo usado para indicar a ação realizada no processo de torneamento. O torneamento é uma técnica de usinagem convencional em que se baseia no movimento da peça em torno de seu próprio eixo. No torneamento é permitido o trabalho de peças com diversos formatos e através de diversos movimentos em torno de um eixo fixo. As máquinas de torneamento são máquinas-ferramenta denominadas de tornos, e funcionam pela retirada progressiva do cavaco da peça a ser trabalhada. O cavaco é retirado pelo corte por uma ferramenta (cunha) de um ou mais gumes cortantes, que deve ter uma dureza superior à do material a ser cortado.</p><p>TORNEAR</p><p>O torno mecânico universal é uma máquina composta por uma unidade em forma de caixa câmbio que sustenta uma estrutura chamada cabeçote fixo e duas superfícies orientadoras chamadas barramentos, peças de grande precisão, temperadas e retificadas.</p><p>FRESAR</p><p>O fresamento é um processo de usinagem também bastante comum na indústria, é destinada para à obtenção de superfícies projetadas, com uso de ferramentas multicortantes e movimento de giro, onde a peça avança em determinada trajetória definida.</p><p>FRESAR</p><p>A fresadora universal é um equipamento mais simples e menos recursos operacionais, no entanto, existem ferramentas para usinar peças mais complexas, como a fresadora ferramenteira, que é uma máquina de maior custo possuem recursos. Um fato interessante sobre a fresadora, os dois movimentos concordantes, o movimento de rotação da ferramenta e o movimento linear da mesa da fresadora em que a peça está fixada, realizam a retirada do sobre metal das peças. Dessa forma, a mesa da máquina tem deslocamento longitudinal ou transversal por meio de um avanço calculado, levando a peça até a ferramenta que, com seu movimento giratório, remove o material excedente da peça até deixá-la nas dimensões especificadas no desenho técnico mecânico.</p><p>FURAR</p><p>A furação está entre os processos mais comuns na usinagem, trata-se de um processo de fabricação mecânica que envolve a criação de um furo em uma peça, com o uso de uma ferramenta chamada broca. A máquina-ferramenta é chamada de furadeira ou broca,</p><p>e o movimento de corte realizado pela broca é rotativo (ou seja, a broca gira em torno do seu eixo) e que avança penetrando na peça removendo cavaco.</p><p>FURAR</p><p>Existem vários tipos de brocas, nos processos de furação é a broca helicoidal, que é a mais comercializada. Tenha em mente que este tipo de broca pode ser utilizado tanto para furos curtos como para furos profundos e, por ser uma ferramenta de geometria defi nida, é possível encontrar perfi s diversifi cados para os mais variados tipos de furos.</p><p>FURAR</p><p>De modo geral, a fi xação das brocas é feita em um mandril, e o aperto é feito por meio de uma chave manualmente. Enquanto as furadeiras, são máquinas-ferramentas que podem ter portes diversos, que vão desde furadeiras manuais (mais comuns) até as chamadas furadeiras de impacto (que são mais robustas), ou mesmo as furadeiras de bancada (manuais ou não) e as furadeiras de grande porte.</p><p>ROSQUEAR</p><p>A usinagem por roscamento é um processo de transformação da matéria-prima para atender ao perfil projetado, que usa uma ferramenta de rosqueamento, necessárias para cada modelo de material. Segundo a ABNT — Associação Brasileira de Normas Técnicas — através da NBR 5876 (ABNT, 2011), define rosca como uma superfície composta, gerada por um ou mais perfis, quando todos os seus pontos descrevem hélices ou espirais cônicas coaxiais e de mesmo passo.</p><p>ROSQUEAR</p><p>No processo de rosqueamento ocorre a produção de um ou vários sulcos helicoidais uniformes em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. A peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação.</p><p>ALARGAR</p><p>O alargamento é um tipo de usinagem que consiste no aumento do diâmetro de um furo previamente aberto. A máquina usada para o processo é denominada de alargadores. O objetivo da relação do alargamento e a calibração do furo para a produção de diâmetro, cilindricidade e rugosidade que que não podem ser feitas com o uso de brocas convencionais. A usinagem por alargamento é uma ferramenta de corte com geometria definida e, de modo geral, o processo de alargamento é realizado da seguinte forma: o alargador entra axialmente na peça pré-furada e alarga o furo para a dimensão da ferramenta. Conforme descrito, o alargador é uma ferramenta multicortante que possui várias arestas que podem estar dispostas de forma retilínea ou helicoidal. No alargamento remove-se uma quantidade mínima de material e é geralmente realizada após a furação com objetivo de se obter um diâmetro mais preciso com melhor acabamento.</p><p>ALARGAR</p><p>Para o processo de alargamento, há a necessidade de uma ótima condição do pré-furo, pois ao primeiro contato do alargador com a borda desta pré-furação, todas as arestas principais de corte do alargador deverão estar igualmente carregadas num corte contínuo.</p><p>Os alargadores são multifuncionais, garantem a dimensão e acabam um furo existente. Porém, como não realinham este furo, a tendência dos alargadores é seguir o furo onde penetram.</p><p>SERRAR</p><p>O serramento é um processo de usinagem que tem como finalidade recortar ou seccionar materiais, utilizando ferramentas multicortantes de espessura fina. A ferramenta pode efetuar o corte com movimento de rotação e/ou deslocamento, já a peça pode se deslocar ou manter-se fixa em uma posição. O processo pode ser executado de duas maneiras, sendo elas o serramento retilíneo e o serramento circular.</p><p>SERRAR</p><p>O serramento retilíneo tem como característica principal sua movimentação em um percurso retilíneo, podendo também possuir ou não um movimento alternativo. O corte por meio de uma serra de fita, é um exemplo do serramento retilíneo. O serramento circular é caracterizado pelo movimento de rotação da ferramenta sobre seu próprio eixo, o deslocamento durante o corte pode ser feito pela ferramenta ou pela peça. O corte através de uma serra circular, é um exemplo de serramento circular.</p><p>PLAINAR</p><p>Na usinagem convencional, o processo denominado de aplainamento, é a técnica que produz superfícies planas, paralelas, perpendiculares e inclinadas, e são realizadas por meio de máquina-ferramenta que é chamada plaina limadora. A ferramenta é caracteriza pela presença de material monocortante e com deslocamento retilíneo alternado.</p><p>A ferramenta é caracterizada pela presença de material monocortante e com deslocamento retilíneo alternado. A movimentação desse equipamento de usinagem pode ser tanto da peça como da ferramenta, entende-se aplainamento o movimento principal realizado pela ferramenta de aplainar e o movimento de avanço a peça que vai ser aplainada é movida contra a ferramenta.</p><p>RETIFICAR</p><p>A retificação é comumente conhecida como o processo que utiliza partículas abrasivas duras como meio de corte e talvez seja um dos processos de conformação mais antigos, datado da Era da Pedra, quando ferramentas eram afiadas em pedras. Atualmente, a retificação é provavelmente o processo de fabricação mais representativo, consumindo cerca de 20-25% do total de gastos envolvidos nos processos de usinagem em países industrializados.</p><p>RETIFICAR</p><p>Outro conceito interessante de retificação, é que se entende por retificação o processo de usinagem mecânica em que a remoção de cavaco do material é estabelecida pelo contato entre a peça e uma ferramenta abrasiva, denominada rebolo, que gira em alta rotação e resulta em altas velocidades de corte, velocidades que estão acima das realizadas pelos processos convencionais de usinagem com ferramenta de geometria definida (normalmente acima de 30 m/s).</p><p>BRUNIR</p><p>O brunimento é um processo de usinagem utilizado para gerar acabamentos superficiais, e sua origem se deu por volta do ano de 1500, quando Leonardo da Vinci esboçou uma máquina para usinagem fina de tubos de madeira. No entanto, somente durante as décadas iniciais do século XX foi que surgiu à primeira máquina de brunimento denominada brunidor ou brunidora.</p><p>BRUNIR</p><p>O processo de usinagem por brunimento tem como função dar acabamento às peças por meio da abrasão, utilizando grãos ativos do brunidor, que durante o giro e avanço é guiado pela peça e deslocado ao longo da sua superfície, geralmente cilíndrica, em movimentos alternativos de baixa rotação. A grande diferença entre os processos de brunimento e de retificação é a velocidade de rotação da ferramenta, que é menor no brunimento. Nas operações de retificação, podem surgir queimas e alteração da estrutura do material devido à alta rotação do rebolo. Com o processo de brunimento, devido à baixa velocidade de trabalho, evitamos esses defeitos.</p><p>LAPIDAR</p><p>A lapidação é um dos processos de usinagem que permitem a obtenção de excelentes qualidades de rugosidade, de forma e tolerâncias dimensionais estreitas. Caso necessário, as superfícies lapidadas oferecem base adequada para posterior polimento. A lapidação, apesar de ser um processo abrasivo de baixa taxa de remoção de material (TRM), quando comparada aos outros processos tradicionais, elimina muitos dos problemas encontrados na retificação.</p><p>LIXAR</p><p>Na manufatura de moldes e matrizes, o acabamento superficial, que envolve os processos de lixamento e polimento são tratados da mesma maneira, sendo chamados apenas de polimento. No entanto, para Oliveira (2006), o processo de lixamento trata-se de uma usinagem com grãos abrasivos sem geometria definida, fixos em um transportador abrasivo ou em um substrato. Enquanto o polimento é caracterizado pela remoção de material (usinagem), em que os grãos abrasivos estão envoltos em um fluido de polimento chamado, pelos mestres polidores, de “pasta de polir”.</p><p>POLIR</p><p>O polimento também pode ser classificado como um processo de usinagem convencional, pois consiste na remoção de material na forma de cavaco, sendo um processo que utiliza geometria não definida. No processo de polimento, a superfície da peça a ser processada entra em contato com a superfície do corpo da ferramenta, do transportador do abrasivo (podem ser de couro, resina natural (breu) e sintética), com o abrasivo, formando um sistema</p><p>de polimento. Para que haja a remoção de material, existe a necessidade de exercer uma pressão em uma determinada velocidade.</p><p>JATEAR</p><p>O processo é muito utilizado atualmente para tratamento superficial de peças e estruturas no ramo industrial e tem como objetivo a introduzir tensões residuais de compressão na superfície e em uma fina camada adjacente a esta nas peças tratadas e visa o aumento da resistência à fadiga.</p><p>O jateamento é um processo de trabalho a frio que consiste em projetar partículas, com alta velocidade contra a superfície externa das peças. Estas partículas usualmente são denominadas granalhas e podem ser redondas, arredondas, de aço, cerâmicas ou de vidro.</p><p>REMOÇÃO TÉRMICA</p><p>Processos baseados em energia térmica como eletroerosão, laser e plasma são processos de usinagem não convencional bastante utilizados na indústria. O processo de usinagem especial por eletroerosão é um processo de alta precisão que utiliza métodos complexos de descargas elétricas na destruição progressiva e lenta das partículas de peças metálicas limitadas. Os materiais precisam ser condutores de eletricidade.</p><p>REMOÇÃO TÉRMICA</p><p>A eletroerosão por penetração consiste em um processo em que a peça permanece submersa em um líquido dielétrico, ou seja, um líquido não condutor de eletricidade, que possui alta resistência ao fluxo da corrente elétrica. Ocorre a descarga de um eletrodo, que dará o formato desejado à peça a ser eletroerodida; a dissipação do calor gerado no processo é rápida. Com o uso da descarga elétrica não existe esforço de corte, evitando assim que se formem as tensões comuns aos processos convencionais de usinagem. A eletroerosão por penetração tem como característica o fato de a imagem do eletrodo ser transferida à peça, sendo ambos mergulhados num recipiente que contém o fluido dielétrico para que ocorra o processo.</p><p>REMOÇÃO QUÍMICA</p><p>A usinagem química é um dos processos não convencionais de usinagem, cuja característica principal é a utilização de um reagente ácido ou alcalino, que corrói materiais em condições controladas. É um processo que remove material de substratos metálicos, de polímeros ou de compósitos através da corrosão, utilizando parâmetros pré-estabelecidos. A energia é proveniente da própria reação química, podendo ser potencializada por elementos externos.</p><p>REMOÇÃO ELETROQUIMICA</p><p>Os processos eletroquímicos de usinagem, como o próprio nome diz, combinam a ação de parâmetros elétricos com parâmetros químicos na operação de usinagem.</p><p>Os principais tipos de materiais usinados eletroliticamente são denominados de condutores elétricos. É importante ressaltar que os materiais isolantes elétricos não são indicados para serem usinados por processo eletroquímico. Esse tipo de usinagem funciona apresentando a peça que será usinada agindo como um anodo, e a ferramenta comportando-se como catodo da célula eletrolítica, de modo a proporcionar um ótimo acabamento das superfícies usinadas.</p><p>REMOÇÃO POR ULTRASSOM</p><p>Esse processo de usinagem não convencional utiliza energia mecânica na remoção de material em que a erosão como mecanismo principal. A remoção consiste na utilização de frequências ultrassônicas na usinagem de materiais. Essa técnica tomou novo impulso a partir dos anos 80 devido ao seu desempenho na usinagem de cerâmicas avançadas. Esses materiais, devido às propriedades como elevada dureza e fragilidade, mostram-se muito difíceis de serem usinados por técnicas convencionais de usinagem. Em relação aos outros processos não tradicionais de usinagem a vantagem principal é a preservação da integridade superficial do material usinado.</p><p>REMOÇÃO POR ULTRASSOM</p><p>O princípio do processo de usinagem por ultrassom baseia-se na transformação de um sinal elétrico em vibrações mecânicas de mesma frequência. Este sinal elétrico deve ser de alta frequência, situado na faixa dos 20 kHz. As vibrações produzidas por um transdutor têm sua amplitude amplificada por um amplificador mecânico e transmitida a uma ferramenta de forma através do sonotrodo.</p><p>REMOÇÃO POR JATO D’AGUA</p><p>Esse processo utiliza a tecnologia de jato d’água com abrasivo. É menos utilizado nas indústrias, se comparado aos demais processos de corte, pois exige um nível avançado de automação. O corte a jato d’água é capaz de cortar quase todos os materiais com eficiência. Ele se inicia pela coleta de água por meio de uma bomba de altíssima pressão. Em um tubo de alimentação, a água é misturada a um material abrasivo, e essa mistura é então liberada por um orifício de diamante e um tubo de focalização, produzindo um jato preciso de água e abrasivo, conforme ilustrado na Figura 40. Esse processo desenvolve cortes com bordas bem-acabadas; assim, o corte a jato d’água pode ser aplicado a produtos praticamente finalizados.</p><p>image1.png</p>