Processo de Usinagem Mecânica

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USINAGEM DESCRIÇÃO As máquinas-ferramentas e seus empregos nos principais processos de fabricação mecânica por usinagem, o estudo dos parâmetros de corte, os materiais e as ferramentas de corte, e estudo de forças e potências na usinagem. PROPÓSITO Compreender a importância do processo de fabricação por usinagem, através do estudo das operações que possibilitam a transformação de matéria-prima, bruta ou semiacabada, em componentes mecânicos empregados nos mais diversos segmentos da indústria. PREPARAÇÃO Antes de iniciar o conteúdo deste tema, tenha em mãos uma calculadora científica. OBJETIVOS MÓDULO 1Identificar as principais máquinas-ferramentas seus componentes e suas aplicações MÓDULO 2 Reconhecer o comportamento das operações de usinagem a partir dos parâmetros de corte MÓDULO 3 Identificar os ângulos formadores da geometria da ferramenta de corte e os principais materiais empregados MÓDULO 4 Calcular a força e a potência de usinagem no torneamento INTRODUÇÃO Neste tema, vamos aprender os fundamentos do processo de fabricação mecânica por usinagem. Identificaremos as principais máquinas-ferramentas onde a usinagem é realizada, bem como a geometria das ferramentas utilizadas e os materiais empregados nas ferramentas. Também vamos conhecer e calcular os principais parâmetros de usinagem que são ajustados direta ou indiretamente nas e, por fim, aprenderemos a calcular a força e potência de usinagem na operação torneamento.VÍDEO INTRODUTÓRIO Introdução ao processo de usinagem e sua importância : MÓDULO 1 Identificar as principais máquinas-ferramentas, seus componentes e suas aplicações II MÁQUINAS-FERRAMENTAS Identificação das máquinas-ferramentasPara assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. processo de fabricação por usinagem consiste em conferir à matéria-prima forma, dimensões e acabamento, ou uma combinação dessas, para produzir uma peça ou um componente. A PRINCIPAL CARACTERÍSTICA DA USINAGEM É A FABRICAÇÃO DE PEÇAS POR REMOÇÃO DE MATERIAL SOB A FORMA DE CAVACO. cavaco caracteriza-se por possuir forma irregular, sendo retirado da matéria-prima, bruta ou semiacabada, por ferramenta de corte especialmente projetada para tal finalidade. Fonte: Shutterstock.com Cavaco: material removido da peça ? VOCÊ SABIA Dentre todos os processos de fabricação existentes, o processo de fabricação por usinagem é o que permite obtenção do melhor acabamento superficial da peça e, consequentemente, a menor tolerância dimensional do produto acabado. As são os equipamentos onde processo de fabricação por usinagem ocorre a partir do contato da matéria-prima com a ferramenta, de acordo com parâmetros de corte adequados para a operação que se deseja. As principais utilizadas no processo de fabricação por usinagem são: 1 Torno mecânico 2 Fresadora3 Furadeira 4 Plaina limadora 5 Retificadora 6 Brochadeira Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal TORNO MECÂNICO DEFINIÇÃO Máquina-ferramenta destinada à usinagem de sólidos de revolução. Em geral, os tornos mecânicos são utilizados para a usinagem de componentes mecânicos cuja seção reta é circular. Fonte: Shutterstock.com Operação de Torneamento Longitudinal no Torno mecânico PARTES COMPONENTES As principais partes componentes do torno mecânico universal são:Placa universal de 03 castanhas Caixa de Carro para Castelo velocidades movimento Cabeçote transversal móvel Cabeçote fixo Fuso Caixa de Vara Carro avanços principal Barramento Base Estrutura do torno mecânico Fonte: Shutterstock.com Torno mecânico universal CLASSIFICAÇÃO E CARACTERÍSTICAS DE EMPREGO DOS TORNOS MECÂNICOS Para atender aos mais diversos perfis e dimensões de componentes mecânicos a fabricar, a indústria metalmecânica dispõe de uma variedade de tornos, cujas concepções diferem entre si pelas dimensões, características técnicas, formas construtivas, aplicações, entre outras. NA SELEÇÃO ADEQUADA DO TIPO DE TORNO DEVE-SE CONSIDERAR: As dimensões e geometria das peças a serem produzidas. A quantidade de peças a produzir. grau de precisão exigido. A potência instalada no motor principal do Torno Mecânico. Quanto à classificação, os principais tipos são: Torno Horizontal (universal), Torno Vertical, Torno Revólver, Torno Automático e Torno CNC.Fonte: Shutterstock.com TORNO HORIZONTAL Também conhecido como Torno Universal, é o mais comum entre os tipos de tornos, podendo realizar usinagem de superfícies externas e internas. Por apresentar poucas opções de fixação para troca rápida de ferramentas, não oferece boas condições para uso na fabricação em série. Pode ser empregado para a usinagem de peças com pequenas, médias e grandes dimensões, possibilitando boa precisão dimensional e bom acabamento superficial. Requer operador (mão de obra) qualificado no controle dos movimentos necessários à remoção contínua de material da peça (cavaco). Fonte: sivasakthi p/Shutterstock.comTORNO VERTICAL Torno indicado para a usinagem de peças com grande peso e de difícil manuseio e deslocamento (mecânica pesada). Se caracteriza por ter a placa de fixação da peça na vertical, com ferramenta fixada em um carro que se desloca na horizontal através de um braço. Requer operador (mão de obra) qualificado no controle dos movimentos necessários à remoção contínua de material da peça (cavaco). Fonte: M&S Materiais Industriais TORNO REVÓLVER Torno Revólver tem como característica a fabricação seriada de peças. Sua peculiaridade é o cabeçote múltiplo móvel que permite a fixação de várias ferramentas com troca rápida, possibilitando a execução de operações de usinagem com rapidez, preferencialmente em peças de pequenas dimensões. Requer operador (mão de obra) qualificado no controle dos movimentos necessários à remoção contínua de material da peça (cavaco).Fonte: Shutterstock.com TORNO AUTOMÁTICO O Torno Automático permite a fabricação de peças de formas cilíndricas automaticamente, de maneira seriada e contínua, desde a entrada da matéria-prima até a elaboração do produto final, sem interferência humana durante o processo de fabricação. Os primeiros tornos automáticos eram totalmente mecânicos e os carros porta-ferramenta acionados por cames, sendo utilizados até hoje para a fabricação de peças de geometria simples e para a produção de um número grande de peças. Requer operador (mão de obra) altamente qualificado e experiente para a preparação de máquina, uma vez que os movimentos necessários à remoção contínua de material da peça (cavaco) são automatizados. Fonte: Shutterstock.comTORNO CNC (COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO) Torno CNC é uma máquina-ferramenta cujos movimentos necessários à remoção de material da peça são controlados por um equipamento eletrônico denominado Controle ou Comando Numérico. A programação desse equipamento permite a usinagem de peças com alta precisão dimensional e de acabamento superficial. Seu emprego é recomendado na produção de médias quantidades de peças, com pequenas e médias dimensões, em que a precisão dimensional e qualidade de acabamento superficial são importantes requisitos de projeto. + SAIBA MAIS Existem ainda os Tornos Semi-automáticos, Platô, Copiadores e Detalonadores. Informações sobre as características e aplicações dessas máquinas-ferramentas poderão ser encontradas pesquisando-se na internet e nos catálogos dos fabricantes. A SEGUIR APRESENTA-SE ALGUMAS DAS PRINCIPAIS OPERAÇÕES DE USINAGEM REALIZADAS EM UM TORNO MECÂNICO 1 2 3 Fonte: Sandvik Coromant(esquerda) e Torneamento externo longitudinal (1) curvilíneo (2) e de faceamento (3) Fonte: Sandvik Coromant Sangramento radial e sangramento axialFonte: Sandvik Coromant Perfilamento Fonte: Sandvik Coromant Rosqueamento externo e interno ATENÇÃO Além dessas operações, podem ser realizadas também: furação de centro com broca de centro; furação passante ou não passante com broca helicoidal; rosqueamento interno (com macho) e externo (com cossinete); recartilhado, entre outros. FRESADORA DEFINIÇÃOAs fresadoras são máquinas destinadas à usinagem de peças com superfícies planas, perfis complexos, ranhuras, rasgos de chaveta, perfis constantes como os dentes de engrenagens, canais e roscas, entre outros, onde a remoção de cavaco é realizada por uma ferramenta multicortante denominada fresa. A OPERAÇÃO DE USINAGEM REALIZADA NA FRESADORA DENOMINA-SE FRESAMENTO, PODENDO SER: Fresamento cilíndrico tangencial; Fresamento frontal ou de topo. PARTES COMPONENTES As principais partes componentes da fresadora são: Coluna Braço CLARK Cabeçote vertical Caixa de Mesa velocidades de corte Sela ou carro Volante de transversal acionamento do eixo Volante de longitudinal acionamento do eixo vertical Base Volante de acionamento do Consolo eixo transversal Bandeja para Caixa de velocidadades fluido de corte de avanço Fonte: Shutterstock.com Fresadora CLASSIFICAÇÃO DAS FRESADORAS Assim como os tornos mecânicos, a indústria metalmecânica dispõe de fresadoras cujas concepções diferem entre si pelas dimensões, características técnicas, formas construtivas, aplicações, entre outros. COMO EM QUALQUER NA SELEÇÃO ADEQUADA DO TIPO DE FRESADORA DEVE-SE CONSIDERAR: As dimensões e geometria das peças a serem produzidas.A quantidade de peças a produzir. O grau de precisão exigido. A potência instalada no motor principal da Fresadora. Os principais tipos de fresadoras são: Fresadora Universal e Fresadora Vertical. Fonte: WESS Máquinas FRESADORA UNIVERSAL A Fresadora Universal se caracteriza por dispor de cabeçotes com eixos-árvore na horizontal e na vertical, podendo realizar tanto operações de fresamento tangencial quanto operações de fresamento frontal.Fonte: WESS Máquinas FRESADORA VERTICAL A Fresadora Vertical dispõe somente de cabeçote com eixo-árvore vertical, podendo realizar operações de fresamento frontal ou de topo. São máquinas robustas e empregadas em serviços com necessidade de grandes potências devido à grande rigidez permitida pela forma da coluna e pela disposição da cadeia cinemática (engrenagens, eixos e rolamentos). PRINCIPAIS OPERAÇÕES DE USINAGEM REALIZADAS EM UMA FRESADORA I. Fresamento cilíndrico tangencial Pode ser: + Fonte: Sandvik Coromant FRESAMENTO TANGENCIALNo fresamento concordante sentido de rotação da fresa coincide com sentido do movimento de avanço da peça fixada sobre a mesa da fresadora. Esse tipo de fresamento é recomendado quando se deseja um melhor acabamento superficial, uma vez que a peça é pressionada contra a mesa da fresadora assegurando uma boa fixação. No entanto, requer que a quantidade de material removido em cada passe da ferramenta seja pequena para reduzir o choque sobre o dente da fresa no início do corte. Fonte: Sandvik Coromant FRESAMENTO TANGENCIAL DISCORDANTE No fresamento discordante sentido de rotação da fresa é contrário ao sentido do movimento de avanço da peça fixada sobre a mesa da fresadora. Nesse tipo de fresamento o contato da ferramenta com a peça é mais suave, permitindo maior remoção de cavaco por passe da ferramenta. No entanto, requer um bom sistema de fixação da peça na mesa da fresadora. II. Fresamento frontal ou de topo Fonte: Sandvik CoromantFRESAMENTO FRONTAL DE CANTOS Fonte: Sandvik Coromant FRESAMENTO FRONTAL DE FACEAMENTO III. Fresamento de engrenagens Fonte: Sandvik Coromant IV. Fresamento de canaisFonte: Sandvik Coromant FURADEIRA DEFINIÇÃO Furadeiras são máquinas destinadas à execução de furos passantes ou não passantes (cegos) em vários tipos de materiais de peça-obra. A ferramenta de corte desta máquina denomina-se broca e existem diferentes tipos de furadeiras. NA DEFINIÇÃO DA FURADEIRA MAIS ADEQUADA PARA TRABALHO A SER REALIZADO, DEVEM SER AVALIADOS SEGUINTES ASPECTOS: Geometria e dimensões da peça. Número e diversidade de furos a serem realizados. Quantidade de peças a serem produzidas. Grau de precisão requerido. Potência instalada no motor principal da Furadeira. PARTES COMPONENTES As partes componentes de uma furadeira variam de acordo com a sua concepção (Furadeira Portátil, de Coluna, de Bancada, Radial, Sensitiva, entre outras). Em uma furadeira de coluna as principais partes componentes são:Alavanca para movimento de avanço vertical da ferramenta Eixo-árvore de trabalho Caixa de velocidades de Mandril porta- corte (rotação) -ferramenta (broca) Coluna Mesa para fixação da peça Base Fonte: Shutterstock.com Furadeira CLASSIFICAÇÃO DAS FURADEIRAS Fonte: Shutterstock.com FURADEIRAS PORTÁTEIS (INDUSTRIAL OU RESIDENCIAL) São furadeiras de fácil manuseio cujo motor realiza movimento circular de corte da broca e o operador realiza o movimento de avanço. São empregadas quando há necessidade de deslocamento da furadeira para a posição do furo. Fonte: Shutterstock.com FURADEIRAS DE COLUNA/BANCADASão máquinas de produção unitária ou em série, empregadas quando há possibilidade de o operador movimentar a peça para a posição do furo, ou seja, quando a peça possui pequenas e médias dimensões. Possuem uma coluna de união entre a base e o cabeçote porta-ferramenta, possibilitando a furação dos mais diversos tipos de perfis de peças. Fonte: sivasakthi p/Shutterstock.com FURADEIRAS RADIAL São máquinas de produção unitária ou em série, empregadas em peças de grande porte (pesadas) onde há necessidade de operador movimentar a broca para a posição do furo. Essas furadeiras possuem um braço por onde se desloca o carro porta-ferramenta, possibilitando o deslocamento da broca para a posição do furo. + SAIBA MAIS Existem ainda as furadeiras sensitivas e com cabeçotes múltiplos. Faça uma pesquisa na internet para conhecer melhor essas classes de furadeiras. PRINCIPAIS OPERAÇÕES DE USINAGEM REALIZADAS EM UMA FURADEIRA Furação plena ou em cheio (o furo é realizado de uma só vez). Furação com pré-furação (se faz inicialmente uma pré-furação com uma broca de menor diâmetro para depois aumentar o furo com uma broca de maior diâmetro). Alargamento de furos (realizado com ferramentas denominadas alargadores, destinam-se a melhoria da rugosidade superficial da peça). Escariamento (operação destinada a alargar a entrada do furo para facilitar acesso ou para a proteção da cabeça de parafusos).PLAINA LIMADORA DEFINIÇÃO Máquina-ferramenta que, utilizando o mesmo tipo de ferramenta de corte do Torno Mecânico, destina-se à usinagem de rasgos, ranhuras, perfis e superfícies planas ou inclinadas. As Plainas Limadoras podem ser horizontal ou vertical. Nesta máquina o movimento de corte é um movimento retilíneo alternado, realizado pelo cabeçote móvel (torpedo), e o movimento de avanço é realizado pela mesa, onde está fixada a peça. As Plainas de Mesa ou de Arrasto são máquinas empregadas quando a peça possui dimensões (comprimento e largura) que necessitam de um grande curso da mesa. Nesta máquina o movimento de corte é realizado pela mesa e o movimento de avanço pela ferramenta. As operações realizadas nas Plainas Limadoras também podem ser realizadas nas Fresadoras com menor tempo de fabricação. É importante ressaltar que na Plaina Limadora o movimento de corte não é circular como no Torno Mecânico, Fresadora e Furadeira, mas sim retilíneo de retorno rápido, só havendo remoção de cavaco no sentido de ida da ferramenta. PARTES COMPONENTES As principais partes componentes da Plaina Limadora são: Cabeçote móvel ou torpedo Cabeçote Dispositivo para ajuste do Porta-ferramenta curso do torpedo (movimento retilíneo de Mesa com corte alternado -sentidos movimento de ida e retorno do lateral e vertical torpedo). Dispositivo para ajuste do movimento de avanço da mesa onde é Base fixada a peça. 0 avanço da mesa é dado em mm/golpe do torpedo. Fonte: Cefeq Máquinas Plaina limadoraPRINCIPAIS OPERAÇÕES DE USINAGEM REALIZADAS NAS PLAINAS LIMADORAS: Aplainamento de guias Aplainamento de superfícies planas ou inclinadas Aplainamento de perfis Aplainamento de rasgo de chaveta Aplainamento de rasgos Aplainamento de ranhuras em "T" RETIFICADORA DEFINIÇÃO Máquina-ferramenta onde é realizado o processo de retificação de superfícies planas ou cilíndricas. A retificadora é amplamente utilizada e de vital importância para as linhas de produção. ATENÇÃO Geralmente este tipo de máquina-ferramenta é utilizado na etapa final de fabricação de uma peça, ou seja, após a peça ter sido submetida a operações de usinagem realizadas no Torno Mecânico, Fresadora ou Furadeira. Na retificadora, é possível obter superfícies com excelente acabamento superficial (baixa rugosidade superficial), como as superfícies retificadas do virabrequim, e tolerâncias dimensionais na ordem de milésimos de milímetro.Fonte: Shutterstock.com Virabrequim A ferramenta de corte usada na retificação é o rebolo, o qual é composto por grãos abrasivos de óxido de alumínio ou carboneto de silício (que são efetivamente as ferramentas de corte) unidos por um material aglomerante denominado liga, que pode ser: vitrificada, resinoide, goma laca, entre outras. Fonte: Shutterstock.com Rebolo PARTES COMPONENTES As principais partes de uma retificadora são ilustradas abaixo:Rebolo Coluna Mesa Comando de movimento longitudinal Quadro de Comando Controle da velocidade de rotação do rebolo e Comando de de avanço da mesa movimento transversal Base Fonte: Knuth Machine Tools Retificadora CLASSIFICAÇÃO DAS RETIFICADORAS RETIFICADORA PLANA Esse tipo de máquina-ferramenta é usado para retificar todos os tipos de superfícies planas. movimento transversal em conjunto com o movimento longitudinal permite que a ferramenta percorra toda superfície a ser usinada. null Fonte: Knuth Machine Tools Retificadora plana e retificação plana RETIFICADORA CILÍNDRICA UNIVERSAL Com essa máquina é possível realizar as operações de retificação de superfícies cilíndricas externas e internas, além de superfícies cônicas. null Fonte: Knuth Machine Tools Retificadora Cilíndrica UniversalFonte: Knuth Machine Tools Retificação cilíndrica externa Fonte: Knuth Machine Tools Retificação cilíndrica interna RETIFICADORA SEM CENTROS (CENTERLESS) Esse tipo de retificadora é automática e usada na produção em série. A peça é conduzida pelo rebolo e pelo disco de arraste, sendo este último responsável pelo avanço da peça. null Fonte: Grupo Junker Retificadora Center LessFonte: Grupo Junker Disco de arraste e Rebolo Fonte: Grupo Junker Retificação cilíndrica externa em série PRINCIPAIS OPERAÇÕES DE USINAGEM REALIZADAS EM UMA RETIFICADORA As operações de retificação podem ser: Retificação plana; Retificação cilíndrica externa e interna; RETIFICAÇÃO PLANAFonte: Shutterstock.com RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA EXTERNA Fonte: Shutterstock.com BROCHADEIRADEFINIÇÃO A brochadeira é uma máquina-ferramenta que pode ser horizontal ou vertical. É usada para fabricar entalhes internos e externos das mais diversas formas. RESUMINDO Uma brochadeira é uma máquina hidráulica ou eletromecânica que desloca a ferramenta por tração ou compressão. processo de usinagem realizado nesta máquina denomina-se brochamento. CLASSIFICAÇÃO DAS BROCHADEIRAS Brochadeiras verticais de tração ou compressão Brochadeiras horizontais de tração ou compressão Fonte: Direct Industry BROCHADEIRA VERTICAL HIDRÁULICA DE COMPRESSÃO Fonte: Direct Industry BROCHADEIRA HORIZONTAL HIDRÁULICA DE TRAÇÃO, HIDROKARCONFIGURAÇÃO DAS BROCHAS As principais características das ferramentas utilizadas no brochamento (brochas) são os incrementos existentes entre os dentes consecutivos. Isto é, cada dente é responsável pela remoção de uma camada de material que fica alojada em uma região denominada região de alojamento do cavaco. Altura entre os dentes É um parâmetro de usinagem denominado avanço por dente unidade: mm/golpe por dente). Altura total de cavaco removido É dado pelo parâmetro de usinagem denominado avanço (f unidade: mm/golpe da brocha). Normalmente, as brochas são fabricadas em aço rápido e passam por um tratamento térmico para suportar o grande esforço empregado durante a operação de brochamento PEÇA BROCHA onde mm f. = avanço por dente golpe por dente mm f = avanço golpe Fonte: Associação Brasileira dos Metais (adaptada) Brocha brochamento é uma operação de usinagem utilizada para realizar os mais diversos perfis de rasgos e estrias na peça. A seguir apresenta-se alguns perfis de peças e brochas industriais.Fonte: Direct Industry Peças industriais Fonte: Anfeer Idústria (esquerda) e Shutterstock.com (direita) Brochas industriais e desenho técnico de Engenharia PROCESSOS NÃO CONVENCIONAIS DE USINAGEM DE AÇÃO ÚNICA CLASSIFICAÇÃO PROCESSOS NÃO CONVENCIONAIS PODEM SER DE AÇÃO ÚNICA OU HÍBRIDOS. Os processos de ação única podem ser classificados como mecânicos, térmicos, químicos e eletroquímicos, de acordo com a fonte de energia usada para gerar a ação de usinagem. Os processos por ação do ultrassom e do jato d'agua são exemplos de processos não convencionais de ação única mecânicos. PRINCIPAIS PROCESSOS NÃO CONVENCIONAIS DEUSINAGEM DE AÇÃO ÚNICA PROCESSOS POR AÇÃO TÉRMICA Nestes processos, a separação de partículas ocorre no estado sólido, líquido ou gasoso através de processos térmicos. Fonte: Shutterstock.com Eletroerosão por faísca, corte por plasma e corte por laser PROCESSOS POR AÇÃO QUÍMICA Utiliza reagentes como ácidos e soluções alcalinas no ataque químico de metais para remover pequenas quantidades de metal da superfície. PROCESSOS POR AÇÃO ELETROQUÍMICA Trata-se de uma emoção controlada de material por dissolução anódica em uma célula eletrolítica, na qual o material a ser usinado é o ânodo e a ferramenta é o cátodo. PROCESSO POR AÇÃO DO ULTRASSOM A ferramenta vibra sobre a peça mergulhada em um meio líquido com pó abrasivo em suspensão. "martelamento" produzido pelas vibrações proporciona uma erosão no material, formando uma cavidade com a forma negativa da ferramenta. PROCESSO POR AÇÃO DO JATO D'ÁGUA Consiste no corte de materiais com água a extrema pressão, combinando esta pressão com a incorporação de algum material abrasivo como o carbeto de silício. Esta técnica consiste na projeção sobre a superfície do material a ser cortado de um jato de água a uma pressão entre 2.500 e 3.000 bar, com um fluxo de água entre 20 e 40 I/min. Fonte: Shutterstock.com Processo por ação do jato d'águaVERIFICANDO APRENDIZADO 1. QUE OPERAÇÃO E SÃO INDICADOS PARA A USINAGEM EM SÉRIE DE UMA PEÇA CILÍNDRICA QUE REQUER EM SUA SUPERFÍCIE EXTERNA ALTA PRECISÃO DIMENSIONAL COM RUGOSIDADE SUPERFICIAL MUITO BAIXA (SUPERFÍCIE COM EXCELENTE ACABAMENTO SUPERFICIAL)? A) Torneamento e torno mecânico. B) Retificação cilíndrica externa e retificadora universal. C) Retificação plana e retificadora plana. D) Retificação cilíndrica interna e retificadora universal. E) Retificação cilíndrica externa e retificadora center less. 2. IMAGINE QUE VOCÊ TRABALHA COMO ENGENHEIRO DE PROCESSOS NA INDÚSTRIA XYZ. SABENDO QUE ACABAMENTO SUPERFICIAL DA ENGRENAGEM NÃO REQUER ALTA PRECISÃO, QUAIS OPERAÇÕES VOCÊ SELECIONARIA PARA A USINAGEM DO FURO CENTRAL, DOS TRÊS FUROS POSICIONADOS DE MODO EQUIDISTANTES NO CORPO DA ENGRENAGEM, DOS DENTES DA ENGRENAGEM E DO RASGO DE CHAVETA EXISTENTE NO FURO CENTRAL? ENGRENAGEM A) Torneamento externo, furação, fresamento e retificação. B) Torneamento interno, aplainamento, furação e brochamento. C) Torneamento interno, furação, fresamento e brochamento. D) Torneamento interno, aplainamento, fresamento e furação.E) Torneamento externo, fresamento, brochamento e retificação. GABARITO 1. Que operação e máquina-ferramenta são indicados para a usinagem em série de uma peça cilíndrica que requer em sua superfície externa alta precisão dimensional com rugosidade superficial muito baixa (superfície com excelente acabamento superficial)? A alternativa "E " está correta. Para se obter alta precisão dimensional em superfície cilíndrica externa que requer baixa rugosidade superficial, a operação de usinagem indicada é a retificação cilíndrica externa. Considerando que a usinagem deve ser em série, a retificadora deve ser a center less. 2. Imagine que você trabalha como engenheiro de processos na indústria XYZ. Sabendo que acabamento superficial da engrenagem não requer alta precisão, quais operações você selecionaria para a usinagem do furo central, dos três furos posicionados de modo equidistantes no corpo da engrenagem, dos dentes da engrenagem e do rasgo de chaveta existente no furo central? Engrenagem A alternativa "C " está correta. Para a usinagem do furo central, a operação seria torneamento interno no torno mecânico, com ferramenta monocortante. Para a realização dos três furos equidistantes, a operação seria a furação na furadeira, com o uso de brocas. Para a usinagem dos dentes da engrenagem, a operação seria o fresamento com fresa de perfil constante. Para a usinagem do rasgo de chaveta no furo central, a operação seria brochamento com uso de uma brocha. MÓDULO 2 Reconhecer comportamento das operações de usinagem a partir dos parâmetros de corteIDENTIFICANDO PARÂMETROS DE CORTE Para assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. MOVIMENTOS NECESSÁRIOS À REMOÇÃO CONTÍNUA DE CAVACO processo de fabricação por usinagem ocorre graças ao movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte, ocasionando a remoção de material da peça sob forma irregular denominada cavaco. ATENÇÃO Convenção 1: Para a análise dos movimentos vamos considerar a peça estática (parada) e a ferramenta assumindo todos os movimentos.OBS: Uma vez identificados os movimentos necessários à remoção contínua de cavaco em qualquer máquina- ferramenta, dependendo da configuração da máquina, esses movimentos poderão ser realizados ou pela peça ou pela ferramenta de corte. Convenção 2: A identificação desses movimentos será realizada através da análise do deslocamento de um ponto de referência (P) que estará situado sempre em uma parte integrante da cunha cortante da ferramenta de corte (uma aresta, um dente, uma navalha). Os movimentos podem ser classificados como: Movimentos que não tomam parte direta da formação do cavaco. Movimentos que tomam parte direta da formação do cavaco. Os movimentos que não tomam parte direta da formação do cavaco, como o próprio nome diz, são movimentos entre a peça e a ferramenta que não resultam em remoção de material. São eles: MOVIMENTO DE POSICIONAMENTO Ao se fixar a peça e a ferramenta de corte na máquina-ferramenta, estas ficarão afastadas. Assim, é necessário posicionar a ponta de corte da ferramenta junto a peça. Movimento de posicionamento da ferramenta junto a peça Peça-obra Seção reta circular Ferramenta de corte Fonte: EnsineMe Exemplo na operação torneamento cilíndrico tangencial MOVIMENTO DE PROFUNDIDADE Uma vez efetuado o movimento de posicionamento, se faz necessário afastar a ferramenta para o lado, sem perder o tangenciamento, e penetrar a sua aresta na peça, na quantidade de material a ser removido (total ou por passe).Movimento de penetração da ferramenta no diâmetro da peça Peça-obra Ferramenta Seção reta circular de corte Fonte: EnsineMe Exemplo no torneamento cilíndrico tangencial MOVIMENTO DE AJUSTE Movimento de correção em função do desgaste da ferramenta. Já os movimentos que tomam parte direta da formação do cavaco são movimentos entre a peça e a ferramenta que resultam em remoção de material. Esses movimentos são: Peça-obra Seção reta circular Ød Movimento de corte (MC) P Ferramenta de corte Fonte: EnsineMe Exemplo no torneamento cilíndrico tangencial MOVIMENTO DE CORTE (MC) Movimento entre a ferramenta e a peça que, não considerando o movimento de avanço, resulta em uma única remoção de material.Peça-obra Seção reta circular Ød Movimento de avanço (MA) P Ferramenta de corte Fonte: EnsineMe MOVIMENTO DE AVANÇO (MA) É o movimento entre peça e ferramenta de corte, o qual, em conjunto com o movimento de corte, resulta no movimento efetivo de corte. Peça-obra Seção reta circular Movimento efetivo de corte (MEC) Ød Movimento helicoidal - acionamento simultâneo do MC combinado com MA Ferramenta de corte Fonte: EnsineMe MOVIMENTO EFETIVO DE CORTE (MEC) É movimento resultante dos movimentos de corte e de avanço, qual possibilita uma remoção contínua de cavaco da peça.DIREÇÕES DOS MOVIMENTOS Segundo Diniz, Marcondes e Coppini (2006), direções, sentidos, percursos e velocidades estão associados aos movimentos que tomam parte direta da formação do cavaco. Sendo assim, tem-se: DIREÇÃO DE CORTE (DC) É a direção instantânea do movimento de corte (MC). Nas operações em que o movimento de corte é circular, a DC será sempre tangente a trajetória do ponto de referência (P), no instante de análise considerado. Nas operações em que o movimento de corte (MC) é linear, a direção de corte (DC) se confunde com o movimento de corte (MC). DIREÇÃO DE AVANÇO (DA) É a direção instantânea do movimento de avanço (MA). Nas operações em que movimento de avanço (MA) é linear, a direção de avanço (DA) se confunde com o movimento de avanço (MA). DIREÇÃO EFETIVA DE CORTE (DEC) É a direção instantânea do movimento efetivo de corte. Exemplos de movimentos e direções em algumas operações de usinagem: TORNEAMENTO CILÍNDRICO TANGENCIAL Mov. circular de corte Mov. efetivo de corte (Mov. helicoidal) (MC) (MEC) (MC) Direção sentido de avanço (DA) (MA) P Mov. longitudinal Direção sentido de avanço de corte (DC) A direção efetiva de corte (DEC) OBSERVAÇÃO IMPORTANTE: será representada mais adiante Lembre-se da convenção para compreender o sentido da DC. Ferramenta Nesta análise estamos considerando a ferramenta de corte com todos os movimentos ea peça Uma vez conhecido como movimento de corte se comporta na operação, na prática, esse movimento pode ser realizado pela peça ou peça No TORNO, a peça gira e, portanto, o sentido da direção de corte (DC) será Fonte: EnsineMeFRESAMENTO TANGENCIAL Direção instantânea e sentido do movimento de corte (DC) Movimento de corte (MC) Direção e sentido de avanço (DA) Fresa P Dente Movimento retilineo longitudinal avanço (MA) Movimento efetivo de corte (MEC) A Direção efetiva de corte será representada mais adiante Peça-obra Mesa da Fresadora Fonte: EnsineMe FURAÇÃO Movimento vertical de avanço Direção P de corte (DC) Direção e sentido de avanço (DA) Movimento circular de dorte Movimento efetivo de corte A direção efetiva de corte será representada mais adiante (DEC) Fonte: EnsineMeAPLAINAMENTO Movimento intermitente de avanço (MA) Movimento de corte (MC) P Direção de avanço (DA) Direção de corte (DC) Largura H Comprimento Fonte: EnsineMe PERCURSOS PERCURSO DE CORTE (Lc): Espaço percorrido pelo ponto referencial (P) na direção e sentido do movimento de corte. n ciclos (rotações) Para 01 ciclo (rotação) n é a velocidade angular П. d (mm/ciclo) Em que d é diâmetro de referência D₁ Para n ciclos (rotações) Dr = П. d. n (mm) P P Fonte: EnsineMe PERCURSO DE AVANÇO (LF): Espaço percorrido pelo ponto referencial (P) na direção e sentido do movimento de avanço.DA Para 01 ciclo (rotação) If = f (mm/ciclo) Para n ciclos (rotações) If = f. n (mm) avanço da ferramenta (f) Fonte: EnsineMe PERCURSO EFETIVO DE CORTE (LE) Espaço percorrido pelo ponto referencial (P) na direção e sentido do movimento efetivo de corte. le P If Retificando e If, tem-se: le If Fonte: EnsineMe VELOCIDADES VELOCIDADE DE CORTE É a velocidade instantânea do ponto de referência (P), medida na direção e sentido do movimento de corte. Nas operações em que o movimento de corte é circular:percurso de corte unidade de tempo Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal é a velocidade de corte, expressa em m/min d é o diâmetro da ferramenta (ou da peça), expresso em mm n é a rotação da ferramenta (ou da peça), expressa em rpm A velocidade de corte está diretamente relacionada com o tipo de operação a ser executada. Desbaste Se a operação for de desbaste, a velocidade de corte será mais baixa, resultando em um acabamento superficial de baixa qualidade. Acabamento Se a operação for de acabamento, a velocidade de corte será mais alta, gerando um acabamento superficial de melhor qualidade, ou seja, menor rugosidade da superfície. ATENÇÃO A velocidade de corte é um parâmetro de usinagem com valores fornecidos pelos fabricantes de ferramentas de corte em função do material da peça a ser usinada. A seguir, apresenta-se exemplos desses valores. TABELA DE VELOCIDADES DE CORTE (Vc) PARA TORNEAMENTO medidas em metros por minuto (m/m) Ferramentas de aço rápido Ferramentas de metal duro Materiais Roscar e Desbaste Acabamento Desbaste Acabamento racartilhar Aço 1020 25 30 10 200 300Aço 1045 20 25 8 120 160 Aço duro (1060) 15 20 6 40 60 Ferro fundido 20 25 8 70 85 maleável Ferro fundido gris 15 20 8 65 95 Ferro fundido 10 15 6 30 50 duro Bronze 30 40 10-25 300 380 Latão e cobre 40 50 10-25 350 400 Alumínio 60 90 15-35 500 700 Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal TABELA DE VELOCIDADES DE CORTE (Vc) PARA FRESAMENTO FRONTAL COM FRESA DE TOPO Velocidades de corte - Metal duro Fresas de topo Avanço por dente (mm) Resistência Vc Aplicação do material Ø (m/min) (N/mm²) Ø 2-4 11- 10 16 16 Aço sem liga 700 200 0,032 0,05 0,08 0,12 Aço para construção 500-950 180 0,025 0,04 0,07 0,08Aço para beneficiamento 500-950 130 0,025 0,04 0,07 0,08 Aço Fundido 950 110 0,02 0,036 0,07 0,08 Aço para cementação 950 130 0,025 0,04 0,07 0,08 Aço 500-950 60 0,012 0,02 0,04 0,05 Aço Ferramenta 950-1400 90 0,014 0,022 0,04 0,07 Ligas de alumínio cavaco longo 550 900 0,032 0,05 0,08 0,12 Ligas de cobre cavaco longo 300-700 280 0,02 0,036 0,07 0,1 Metal puro / mole 500 200 0,02 0,036 0,07 0,1 Termoplástico 40-70 250 0,03 0,04 0,1 0,12 100-400 Ferro fundido cinzento (120-260 160 0,032 0,05 0,08 0,12 HB) 150-250 Ferro fundido cinzento com liga (160-230 110 0,025 0,04 0,07 0,08 HB) 400-800 Ferro fundido nodular (120-310 110 0,02 0,04 0,07 0,1 HB) 350-700 Ferro fundido maleável (150-280 90 0,025 0,05 0,08 0,12 HB) Ligas de magnésio 160-300 400 0,032 0,05 0,08 0,12Ligas de titânio resistência média 950 60 0,014 0,025 0,04 0,07 Liga básica de níquel resistência média 950 30 0,01 0,02 0,04 0,05 Ligas de alumínio cavaco curto 400 250 0,032 0,05 0,08 0,12 Ligas de cobre cavaco curto 500 250 0,02 0,036 0,07 0,1 Ligas de titânio resistência alta 900-1400 40 0,01 0,02 0,04 0,05 Ligas básicas de níquel altas 900-1400 20 0,01 0,02 0,03 0,04 temperaturas Ferro fundido de alta dureza 300-600 40 0,01 0,02 0,04 0,05 Plástico duro 20-40 300 0,02 0,04 0,08 0,1 Atenção! Para da tabela utilize a rolagem horizontal Valores de velocidade de corte para fresamento frontal com fresa de topo VELOCIDADE DE AVANÇO É a velocidade instantânea do ponto de referência (P), medida na direção e sentido do movimento de avanço. percurso de avanço = = = min mm unidade de tempo Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal a velocidade de avanço, expressa em mm/min fé avanço, expresso em mm/ciclo A velocidade de avanço também está diretamente relacionada com tipo de operação a ser executada. DesbasteSe a operação for de desbaste, a velocidade avanço é mais alta, gerando um acabamento superficial de pior qualidade. Acabamento Se a operação for de acabamento, a velocidade de avanço é mais baixa, resultando em um melhor acabamento superficial. VELOCIDADE EFETIVA DE CORTE É a velocidade resultante quando as velocidades de corte e de avanço são acionadas na máquina simultaneamente, medida na direção e sentido do movimento efetivo de corte. Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal ATENÇÃO ângulo φ é formado entre as direções de corte e de avanço. Nas operações de fresamento e retificação varia de 0 até Em todas as demais operações (Torneamento, furação, aplainamento, brochamento, entre outros) a direção de corte será sempre perpendicular a direção de avanço, em qualquer instante de análise, logo φ = 90°. ANGULO DA DIREÇÃO EFETIVA DE CORTE É o ângulo que define a direção efetiva de corte, em relação a direção de corte. É calculado pela seguinte expressão: sen φ = Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontalOBS: nas operações em que o movimento de corte é circular e DA é perpendicular a DC, tem-se: f.n f tg = π·d Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal PLANO DE TRABALHO (X) É o plano que, passando pelo ponto de referência (P), contém as direções de corte (DC) e de avanço (DA). Vamos agora utilizar as mesmas operações apresentadas anteriormente para identificar os percursos, velocidades, ângulos das direções e plano de trabalho. FRESAMENTO TANGENCIAL Direção Efetiva de Corte Plano de Trabalho Velocidade de corte (DEC) X π.d.n m (DC) 1000 min (DA) (RPM) Velocidade de avanço ve Fresa mm f.n Velocidade efetiva de corte seno varia de 0 até e Peça-obra + Mesa Fresadora Fonte: EnsineMe TORNEAMENTO CILÍNDRICO TANGENCIAL n (RPM) perpendicular ao plano do papel (DC) Plano de trabalho (DA) X (DA) X Velocidade de corte Vel. efetiva de corte π.d.n m 1000 Ferraments de corte (DEC) (DC) Velocidade de avanço = 90° Rebatimento de parte mm do plano X no plano de papel min Fonte: EnsineMeFURAÇÃO Plano de Trabalho Movimento vertical P de avanço Direção DC de corte (DC) DEC 90 Direção sentido DA de avanço (DA) Movimento circular de corte Velocidade de corte π.d.n = 1000 min Velocidade de avanço (vf) mm min Vel. efetiva de corte (ve) 90 e Fonte: EnsineMe APLAINAMENTO Velocidade de corte (DA) 2.L.n - 2Z (para 01 ciclo: e retorno da ferramenta) onde 1000 min é a de por (DC) Velocidade de avanço mm onde f é avanço da mesa min Plano de DC perpendicular a logo: 90° Para de vamos considerar seja, movimentos de e de avanço sucessivos Neste caso, le = Largura H Comprimento Fonte: EnsineMe TEMPO DE CORTE tempo de corte, tc, é definido como o tempo em que a ferramenta está se deslocando com velocidade de avanço ao longo do percurso de avanço, If. Para o torneamento cilíndrico pode ser calculado por: tc f.nAtenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal ATENÇÃO A fórmula acima não pode ser empregada quando não se tem uma rotação constante ou a trajetória da ferramenta é complexa. Nesses casos, é preferível cronometrar o tempo de corte em vez de calculá-lo. Pela formulação, percebe-se que quanto maior for a velocidade de corte e o avanço, menor o tempo de corte, consequentemente, maior a produtividade. GRANDEZAS DE CORTE São as grandezas que devem ser ajustadas na máquina-ferramenta de forma direta ou indireta para haver possibilidade de remoção contínua ou repetida de cavaco. PARA A COMPREENSÃO DOS PARÂMETROS QUE COMPÕEM AS GRANDEZAS DE CORTE, É NECESSÁRIO DEFINIR AS SUPERFÍCIES DE CORTE. SUPERFÍCIES DE CORTE São as superfícies geradas na peça-obra pelas arestas, dentes ou navalhas de uma ferramenta de corte. Podem existir dois tipos de superfícies de corte: Superfície Principal de Corte (SPC) Gerada na peça pela aresta principal de uma ferramenta de corte. Superfície Lateral de Corte (SLC) Gerada na peça pela aresta lateral de uma ferramenta de corte.SPC SLC Fonte: EnsineMe Exemplo de SPC e SLC no rosqueamento AVANÇO avanço, f, é o quanto a ferramenta se desloca ao longo da direção de avanço, por ciclo (da ferramenta ou da peça, dependendo do tipo de operação). Corte circular A unidade é mm/rotação para operações em que o movimento de corte é circular. Corte linear A unidade é mm/golpe para operações em que movimento de corte é linear. Na figura a seguir, é dado pelo percurso 1-2 (ou 4-3), considerando que a ferramenta se deslocou nesse percurso após um ciclo da peça. 3 2 4 1 Fonte: EnsineMe Avançoavanço é um parâmetro de corte que tem grande influência no acabamento superficial da peça. Quanto menor o for o avanço, melhor será o acabamento superficial na peça. A seguir apresenta-se um exemplo de tabela fornecida por um fabricante de ferramentas de corte, onde avanço pode ser obtido na operação torneamento, em função do material da peça. INSERTOS DE TORNEAMENTO CONDIÇÕES DE CORTE RECOMENDADAS INSERTOS NEGATIVOS Quebra-cavacos Std Standard Flat Face Plana Material Dureza Tipo da Quebra- Classe Velocidade de Corte Avanço Profundidade de Corte Usinagem cavacos (m/min) (mm/rot) (mm) P F 1 FY VP25N 285-450 0.09-0.23 0.20-0.80 F 2 FY NX2525 270-385 0.09-0.23 0.20-0.80 F 3 FS NX2525 270-385 0.09-0.23 0.20-0.70 L 1 SY VP25N 260-410 0.16-0.33 0.50-1.20 L 2 SY NX2525 245-350 0.16-0.33 0.50-1.20 F 1 FY MP3025 275-425 0.09-0.23 0.20-0.80 Aço Baixo Carbono ≤180HB F 2 FY NX3035 260-370 0.09-0.23 0.20-0.80 (ASTM A36, AISI 1010) F 3 FS NX2525 270-385 0.09-0.23 0.20-0.70 L 1 SY MP3025 255-385 0.16-0.33 0.50-1.20 L 2 SY NX3035 240-340 0.16-0.33 0.50-1.20 F 1 FY UE6020 285-465 0.09-0.23 0.20-0.80 F 2 FS UE6020 285-465 0.09-0.23 0.20-0.70 L 1 SY UE6020 260-425 0.50-1.20 Fonte: Mitshubshi Materials (ferramentas de corte 2020-2021) AVANÇO POR DENTE avanço por dente, fz, é percurso de avanço de cada dente, medido na direção do avanço da ferramenta, e corresponde à geração de duas superfícies de corte consecutivas. Assim: fz = f na qual Zc Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Zc é o número de dentes da ferramenta. A figura a seguir apresenta um exemplo de avanço por dente na operação fresamento frontal de faceamento, com uma fresa frontal de dentes.