Processos de Aplainamento

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1 ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA
 Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba
 
Processos de aplainamento
 
Grupo 1
Laboratório de Processo de Usinagem
Piracicaba SP 
Agosto de 2014
Processos de aplainamento
	201200767
	Augusto Soave
	201200870
	Diego Formaggio
	201101157
	Edenilson Carlos Paesman
	201200735
	Elias Zem
	201200751 
	Estefania Couto Segura
	201200833
	Fabrício Gom da Silva
	201200782
	Matheus Menezes Santana
	201200772
	Vinicius Rodrigues
	201200901
	Wil Cleiton Braseliano
Relatório referente à aula prática de Aplainamento apresentado como requisito parcial da disciplina do 6º Semestre do curso de Engenharia Mecânica, Laboratório de Processos de Usinagem, da Escola de Engenharia de Piracicaba, sob a orientação do Prof. Dr. Antônio Fernando Godoy.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Velocidades de corte (m / min).................................................................................................. 13
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 : Plaina Limadora	6
Figura 2: Plaina horizontal, movimentos e principais partes	6
Figura 3: Seção transversal de plaina horizontal mostrando sistema de acionamento	8
Figura 4: Ajustamento do comprimento do curso: a) longo; b) curto	8
Figura 5: Ferramentas de desbaste	9
Figura 6: Ferramentas de alisar	9
Figura 7: Formas diversas	10
Figura 8: Representação gráfica das velocidades durante o aplainamento	10
Figura 9: Esquema de obtenção de L	11
Figura 10: Traçagem	13
Figura 11: Primeiro passe	14
Figura 12: Finalização do processo de desbaste	14
Figura 13: Superfícies chanfradas finalizadas	15
Figura 14: Croqui da peça acabada	15
Figura 15: Sistema da Biela	16
1. OBJETIVO DA PRÁTICA
Apresentar os princípios básicos do funcionamento da plaina limadora, o processo de aplainamento e os tipos de movimentos e operações que podem ser realizadas.
2. INTRODUÇÃO
2.1. Fundamentos teóricos
A plaina limadora é uma máquina que se utiliza do movimento alternativo, para com o auxílio de uma ferramenta, executar faces planas sejam elas verticais, horizontais ou inclinadas, rasgos, chavetas ou chanfros através da retirada de cavaco no processo conhecido por aplainamento (CHIAVERINI, 1986).
Figura 1 : Plaina Limadora
Fonte: (SENAI, 1999)
	
2.2. Movimentos
	A plaina limadora apresenta três tipos de movimentos durante suas operações: O movimento principal, o movimento de avanço e o movimento de ajuste (SENAI, 1999).
Figura 2: Plaina horizontal, movimentos e principais partes
			Fonte: (DOYLE, 1962)
O movimento principal é aquele executado pela ferramenta em função do deslocamento do torpedo para frente e para trás, sendo subdividido em curso útil e curso em vazio. A remoção de cavaco se dá durante o avanço da ferramenta (curso útil), entretanto ao retornar não há retirada de material (curso em vazio).
O movimento de avanço é aquele realizado pela mesa, em que a peça esta fixada, perpendicular ao movimento principal. 
Movimento de ajuste é se dá na vertical feito pela ferramenta ou pela mesa e serve para regular a espessura do cavaco.
2.3. Componentes da plaina limadora
A base da máquina suporta a mesa, o cabeçote e os mecanismos de acionamento principal e de avanço.
2.3.1. Cabeçote
O cabeçote é responsável por receber o porta-ferramenta posicionado sobre uma placa com charneira (espécie de dobradiça fixa em um dos lados). Desta forma, durante o curso útil a placa articulada é comprimida enquanto o corte é executado e quanto há o retorno no curso em vazio, a placa se levanta evitando qualquer dano à ferramenta e à superfície que esta sendo usinada. (GERLING, 1977)
No cabeçote também esta localizada a espera do porta-ferramenta que pode ser rotacionado para o aplainamento de superfícies inclinadas e para esta finalidade esta dotada de uma escala graduada.
2.3.2. Acionamento Principal
É o responsável por produzir o movimento alternativo executado pelo torpedo. O movimento de rotação do motor é transformado para movimento retilíneo alternativo através de um sistema biela manivela com uma castanha deslizante (GERLING, 1977)
Através de um mecanismo de engrenagens o motor imprime ao volante e a manivela, um movimento de rotação uniforme. No centro da coluna se encontra um volante preso a uma castanha deslizante onde se encontra o pino da manivela, com uma porca que pode deslocar-se em direção ao centro por meio de um fuso, este pino transporta a castanha deslizante. A castanha desliza na guia do balancim, em função do movimento de rotação do volante, o balancim, que tem seu centro de rotação a base a maquina oscila com o seu extremo livre para um lado e para outro (movimento retilíneo alternativo), uma articulação transmite ao cabeçote este movimento oscilante. 
Figura 3: Seção transversal de plaina horizontal mostrando sistema de acionamento
Fonte: (DOYLE, 1962)
É possível ajustar o comprimento do curso e a velocidade de corte por meio do sistema de deslizamento da porca com o pino da manivela. Devido a este mecanismo do acionamento a velocidade do curso útil é menor do que a velocidade do curso em vazio, o que é vantajoso uma vez que enquanto em vazio a ferramenta não retira cavaco. Esse sistema, dado a sua funcionalidade, é conhecido por mecanismo de retorno rápido.
 
Figura 4: Ajustamento do comprimento do curso: a) longo; b) curto
Fonte: (GERLING, 1977)
A figura 4 apresenta dois casos onde o tamanho do curso acaba influenciando nas velocidades do curso útil e do curso em vazio. Na situação “a” o curso mais longo implica no aumento do ângulo α que é inversamente proporcional à velocidade do curso útil, quanto maior o ângulo α menor a velocidade do curso útil, o que por sua vez implica que a velocidade do curso em vazio seja maior, pois o ângulo β diminui. Já na situação “b” os valores dos ângulos α e β estão próximos, fazendo com que as velocidades do curso útil e do curso em vazio estejam próximas destacando-se que quanto menor a diferença entre os valores destes ângulos, menor é o tamanho do curso.
2.3.3 Acionamento do avanço
Ocorre intermitentemente antes de cada curso útil, podendo ser acionado manualmente, entretanto, pode produzir superfícies imperfeitas, em função do avanço irregular, podendo ser evitado por meio do avanço forçado regulado (GERLING, 1977).
O avanço é regulado através do deslocamento da cavilha e seu valor mínimo é dado pela razão entre o passo do fuso da mesa e o número de dentes da roda de catraca, este valor de avanço mínimo corresponde ao avanço de um único dente da roda de catraca, enquanto o valor do avanço para mais dentes é dado pelo valor de avanço mínimo multiplicado pelo número de dentes avançados. Dependendo das operações desejadas desbaste ou acabamento, define-se o avanço necessário, sendo recomendado avançar vários dentes para operações de desbaste, para acabamento recomenda-se apenas um dente.
Também se deve destacar que girando o trinquete 180º pode-se inverter o sentido avanço (GERLING, 1977).
2.4. Ferramentas de corte
As ferramentas de aplainar são fabricadas normalmente de aço rápido. A forma do gume da ferramenta é escolhida de acordo com o trabalho a ser executado conforme vemos nas figuras 5, 6 e 7 abaixo.
 Figura 5: Ferramentas de desbaste
 Fonte: (GERLING, 1977)
 Figura 6: Ferramentas de alisar
			 Fonte: (GERLING, 1977)
 Figura 7: Formas diversas
 Fonte: (GERLING, 1977)
Há ferramentas para desbaste, que devem retirar em curto tempo a maior quantidade possível de cavaco, ferramentas para acabamento que devem produzir uma superfície aplainada com aspecto perfeito, por esta razão os seus gumes são arredondados ou chatos e as ferramentas especiais que são necessárias para o aplainamento de peças com formas variadas, como perfis inclinados, rasgos entre outras.
2.5. Velocidadede corte
Segundo Gerling (1977), durante qualquer operação utilizando a plaina limadora, a velocidade de corte não é constante devido ao mecanismo do acionamento principal. Sendo assim, deve-se trabalhar com velocidades médias (comprimento do curso/tempo).
Figura 8: Representação gráfica das velocidades durante o aplainamento
Fonte: (GERLING, 1977)
A velocidade de corte que normalmente aparece nas tabelas fornecidas pelos fabricantes ou em tabelas técnicas é dada pela equação 1:
 Equação 1
Onde: 
L: é o comprimento do curso
N: é dado pelo número de cursos duplos por minuto ou pela rotação do volante em rpm. 
O comprimento do curso é representado pela figura 8 abaixo e pode ser obtido pela equação 2:
Figura 9: Esquema de obtenção de L
Fonte: Elaboração própria com base em GERLING, 1977
 Equação 2
Onde: 
 : é o comprimento de folga anterior a peça
 : é o comprimento de folga posterior a peça
 : é o comprimento da peça
2.6. Cálculo do avanço e profundidade de corte
De acordo com a o demonstrado por Gerling (1977), o avanço e a profundidade de corte são definidos em função do tipo de operação que será feito, sendo recomendado para desbaste uma profundidade de corte de 3 a 5 vezes maior que o avanço e no acabamento ambos devem ser reduzidos. Também seguem uma proporção em função da seção do cavaco dado pela equação:
 Equação 3
Onde: 
 : é o avanço
 : é a profundidade de corte
 : é a seção da apara
2.7. Tempo de aplainamento
Conforme discutido no tópico anterior, sabemos que as velocidades adotadas são as médias tanto para corte quanto para o retorno, não sendo, portanto, possível calcular o tempo exato de usinagem, mas sim um tempo aproximado. Sendo assim, o tempo de aplainamento é estabelecido pela equação 4:
 Equação 4
Onde: 
 : é o tempo principal
 : numero necessários de cursos duplos
 : é a somatória dos tempos de passeio da ferramenta em cada curso
Por sua vez, é obtido pela equação 5 conforme demonstrado abaixo:
 Equação 5
2.8. Cálculo do gpm a partir da velocidade de corte
Para usinagem por aplainamento o movimento da máquina é linear, logo é calculado em gpm, ou seja, o número de golpes que a ferramenta dá por minuto.
Para esse cálculo usa-se a equação 6:
 Equação 6
Onde: 
 : é a quantidade de golpes por minuto
 : curso da máquina ()
A velocidade de corte pode ser calculada, entretanto existem tabelas, que apresentam valores recomendados de velocidades e avanços em função do material a ser usinado, conforme demonstrado na Tabela 1. Esse valor deve ser multiplicado por 2 porque o movimento é de vaivém, sendo a plaina regulada para o gpm inferior mais próximo.
Tabela 1: Velocidades de corte (m / min)
 Fonte: (CUNHA, 1972)
3. DESCRIÇÃO DA PRÁTICA
Antes do inicio da usinagem alguns procedimentos foram realizados: 
Traçagem do perfil da peça para orientação conforme figura 10.
Fixação da ferramenta no cabeçote
Fixação da peça a morsa presa na mesa
 Figura 10: Traçagem
Após este procedimento, procedeu-se a verificação do percurso da plaina, verificando o andamento do torpedo, e sua disposição com relação à peça.
Selecionou-se a quantidade de golpes (gpm) pertinente a operação, neste caso 60gpm, e iniciou-se o processo de usinagem, centralizando-se primeiramente a ferramenta ao centro da peça, e aproximou-se a ferramenta até que a mesma a tocasse em sua face superior criando assim uma referencia para os próximos passes da peça. O primeiro passe foi feito de forma manual a fim de garantir que a marcação feita no processo de traçagem não fosse ultrapassada. Abaixo vemos na figura 11 o resultado esperado na peça:
 Figura 11: Primeiro passe
Dando sequência ao processo, seguiu-se incrementando o deslocamento do carro de ferramentas da plaina, e fazendo a retirada do material de forma automática, até se obter um pré-perfil satisfatório. Conforme figura 12
 	Figura 12: Finalização do processo de desbaste
Após esta etapa inclinou-se o carro porta ferramenta em 45° no sentido horário a fim de promover um incremento angular do carro, para melhor usinagem do perfil em ângulo da peça final. Após o termino do primeiro ângulo, inclinou-se o cabeçote 45° no sentido anti-horário para finalizar a segunda parte do perfil. Ver figura 13, perfis usinados em destaque.
			Figura 13: Superfícies chanfradas finalizadas
Para finalizar a peça, houve a troca a ferramenta por um Bedame com perfil adequado a execução do canal na parte inferior do perfil. Retornou-se o carro porta ferramenta a posição vertical (0°) centralizando a ferramenta em relação à peça novamente. Incrementou-se o carro superior até o perfil final do canal. Necessitou-se de uma atenção especial a está operação, pois devido a delicadeza da ferramenta e a área de contato, notou-se o esforço significativo sofrido pela peça. Ao fim da usinagem retirou-se a peça da morsa, e efetuou-se a verificação de seu perfil visualmente.
4. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS
	Ao fim do processo obteve-se a peça conforme mostrado no croqui apresentado na figura 14. A peça final apresentou dimensões menores que as propostas no desenho do roteiro do experimento, entretanto manteve suas proporções. O processo levou 13 minutos e 42 segundos e produziu uma peça de acabamento superficial razoável, entretanto o canal apresentou estrias e estava levemente inclinado.
Figura 14: Croqui da peça acabada
5. ANÁLISE DOS RESULTADOS
	Considerando as dimensões reduzidas da peça e o tempo gasto, é possível ver que peças maiores e mais complexas ou com materiais mais duros apresentariam maior tempo de usinagem. Verificando o resultado superficial obtido podemos dizer que não seria possível executar peças em que fosse necessário acabamento de alta qualidade. 
6. RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DO ROTEIRO DA AULA PRÁTICA
6.1 - Nesse tipo de máquina o retorno da ferramenta é mais rápido. Explicar como isso acontece e calcular os tempos proporcionais de ida e retorno da ferramenta em uma operação prática.
Isso acontece porque a regulagem do comprimento do curso do cabeçote está vinculada ao raio do giro da manivela. Para isso, aciona-se a chave de regulagem de curso que move a engrenagem cônica, faz girar o parafuso e desloca o pino, variando o curso do cabeçote, assim o movimento lento do avanço da ferramenta sobre a peça se da pelo fato do balancim percorrer uma distancia maior pelo circulo imaginário, já o retorno é mais rápido devido ao fato de que o balancim percorre uma distancia menor pelo circulo imaginário quando volta para origem (ponto de partida) da ferramenta. Abaixo irá mostrar a figura exemplificando o sistema e as cotas demonstrativas da Biela.
Figura 15: Sistema da Biela
Os cálculos se iniciaram a partir do diâmetro da circunferência.
Ø = 70 mm
Raio = Ø/2
Sabendo o raio da circunferência e a distância do centro da mesma até o ponto inferior de fixação da biela, por trigonometria pode-se descobrir o ângulo α.
Sen α = cateto oposto/hipotenusa
Sen α = 35/245 (mm)
Consequentemente α = 8,21°
Sabendo este ângulo, pela diferença com o de 90°, se tem a metade do valor do ângulo de retorno da ferramenta:
β= 90° - 8,21°
β= 81,79 °
Multiplicando esse valor por dois, se tem o ângulo total do tempo de retorno da ferramenta:
β*2 = 163,58° 
Assim, sabendo que a circunferência completa tem 360°, pode-se saber o ângulo total de avanço da ferramenta pegando a diferença do ângulo total pelo ângulo de retorno da mesma.
360° – 163,58° = 196,42° 
Realizado os cálculos temos os seguintes valores:
Ângulo de avanço da ferramenta: 196,42°
Ângulo de retorno da ferramenta: 163,58°
Assim, se tem proporcionalmente que o tempo de avanço é 54,561 % e o tempo de retorno é de 45,438 %. O que mostra que o tempo de retorno realmente é menor que o tempo de avanço da ferramenta.
6.2 Qual(is) a(s) diferença(s) entre a ferramenta usada na plaina e a usada no torno? 
As diferenças são que as ferramentas que devem ser utilizada nas plainassão de aço rápido pela constante fadiga cujas quais a ferramenta tende a sofrer durante os contatos bruscos com a peça, e nesse caso essa ferramenta irá utilizar duas arestas na usinagem no desbaste. Já no torno o material da ferramenta pode variar principalmente entre metal duro e insertos cerâmicos, dentre outros não mencionados aqui, pois o esforço da mesma já não é tão grande quanto o da plaina quando se trata de impacto. No torno a entrada da ferramenta no material, geralmente é suavizada pelo avanço de corte. Já na plaina o impacto faz parte do processo de usinagem quando se trata de operações utilizando a mesma.
6.3 Explicar o procedimento para execução de superfícies inclinadas (por exemplo um chanfro em uma chapa grossa) na plaina.
De inicio se escolhera a melhor forma de fixar a peça, estando ela presa para a usinagem de forma que o chanfro a ser usinado esteja favorável ao sentido de usinagem que a plaina oferece, assim se escolhera o avanço e a quantidade de material que a plaina ira tirar por golpe e se dará inicio ao processo de usinagem deste chanfro. Para esta operação utiliza-se o movimento de dois eixos ao mesmo tempo. 
6.4 – É possível a fabricação da peça esquematizada abaixo na máquina da prática? Se possível explicar o procedimento.
É possível, mas o resultado não será bom, a peça ficara com uma rugosidade muito alta, o que a deixara com marcas serrilhadas, pois esta não é a maquina-ferramenta ideal para este tipo de usinagem.
O processo da usinagem para a realização do perfil desejado ocorrera da seguinte forma, de inicio ira pegar a peça bruta e utilizando tinta marcadora, ira traçar o perfil desejado na peça, após isso irá fixa-la na maquina da maneira correta e também escolher a ferramenta ideal para esta, assim dará inicio a usinagem vale ressaltar que esta operação necessita de um operador com um nível de experiência pouco elevado, pois será feita todas as operações manualmente, sendo executado de duas maneiras. Na primeira se utiliza o movimento dos três eixos oferecidos pela plaina de forma a contornar o perfil desejado. No segundo caso, considerando raios não muito grandes, pode-se utilizar uma ferramenta no formato do perfil a ser usinado.
7. CONCLUSÃO
De acordo com a prática realizada, conclui-se que, o objetivo da aula de passar simples operações de uma plaina limadora, como desbaste e a realização de um canal em um determinado perfil de uma peça, e obter um pouco de conhecimento de todas as suas possíveis funções e seus movimentos foram devidamente realizados. Ressaltando que esta maquina-ferramenta nos tempos de hoje esta um pouco ultrapassada, pois já se tem muitas outras maquinas que podem realizar o mesmo tipo de usinagem em menos tempo e com melhores acabamentos, o que iria gerar menos custo para as metalúrgicas. Mais ainda assim esta não esta totalmente abolida das indústrias, muitas empresas ainda adotam esta, para determinados tipos específicos de usinagem.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GERLING,Heinrich. Mecânica Industrial Ilustrada: À volta da máquina-Ferramenta. 
1° Edição. Rio de Janeiro: Editora Reverté, 1977. 
DOYLE, L. E; MORRIS, J. L.; LEACH, J. L.; SCHRANDER, G.F Processos de fabricação e materiais para engenheiros. São Paulo: Edgard Blucher, 1962.. 
CUNHA, L. S. Manual prático do mecânico. 7ª Edição. São Paulo: Editora Hemus, 1972.
SENAI/ES. Apostila Mecânica: Processos de fabricação. Espirito Santo: 1999.
19
Plan1
	MATERIAL	Ferramenta de aço carbono	Avanço mm	Ferramenta de aço rápido	Avanço mm	Ferramenta de metal duro
	Aço fundido	5 a 10	0,1 a 8,0	10 a 25	0,2 a 12,0	15 a 70
	Aço doce 35 a 60Kgf/mm²	6 a 12	0,1 a 8,0	10 a 30	0,2 a 12,0	20 a 100
	Ferro fundido	5 a 8	0,1 a 8,0	10 a 20	0,2 a 12,0	15 a 70
	Aço fundido Macio	5 a 10	0,1 a 8,0	5 a 10	0,2 a 12,0	10 a 60
	Aço semi duro (50 a 60)	5 a 10	0,1 a 8,0	12 a 15	0,2 a 12,0	15 a 80
	Aço duro (60 a 90)	5 a 10	0,1 A 15,0	10 a 12	0,2 a 12,0	10 a 60
	Bronze	10 a 18	0,1 A 10,0	20 a 30	0,2 a 12,0	30 a 200
	Latão	10 a 20	0,1 A 10,0	20 a 30	0,2 a 12,0	50 a 350
	Metais leves	10 a 25	0,1 A 10,0	25 a 50	0,2 a 12,0	50 a 350
	Cobre	10 a 25	0,1 A 10,0	25 a 50	0,2 a 12,0	50 a 350