Aula 5 Forças na Usinagem

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PROCESSO DE FABRICAÇÃOPROCESSO DE FABRICAÇÃO
USINAGEM
Forças na usinagemForças na usinagem
Professor: Norimar de Melo Verticchio
INTRODUÇÃO
Forças de usinagem
• As forças envolvidas no corte de metais são variáveis de
fundamental importância para o perfeito entendimento dosfundamental importância para o perfeito entendimento dos
vários processos de usinagem convencional.
IMPORTÂNCIA
• O projeto de uma máquina ferramenta (dimensionamento
das estruturas, acionamentos, fixações, etc.);
• Para a determinação das condições de corte em condições• Para a determinação das condições de corte em condições
de trabalho;
• Para a avaliação da precisão de uma máquina ferramenta,
em certas condições de trabalho (deformação da
ferramenta, máquina e peça);
• Para a explicação de mecanismos de desgaste
COMPONENTES DA FORÇA DE USINAGEM
Por convenção, as forças de usinagem são consideradas como se
fossem aplicadas pela peça sobre a ferramenta, sendo a força
resultante (tridimensional) chamada força de usinagem (Fu)
Força passiva – Fp
•Localizada perpendicularmente ao plano de 
trabalho. 
Força ativa - Ft
•Localizada no plano de trabalho
• Ff é a força de avanço 
• Fc é a força de corte
Força ativa
COMPONENTES DA FORÇA DE USINAGEM
22
fapt FFF +=
GRANDEZAS DO PROCESSO DE USINAGEM
Descrições
• χr = Ângulo de posição principal
• a = Profundidade de corte• ap = Profundidade de corte
• f = Avanço
• b = Largura de usinagem
• h = Espessura de usinagem
Relações entre as grandezas
χsen
a
b p=
χsenfh ⋅=
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA FORÇA DE CORTE
Uma forma prática de expressar a força de corte é através da relação:
na qual Ks é a pressão específica de corte e A é a área da
seção de corte. No torneamento, a área da seção de corte é
definida pela seguinte equação:
χsen
a
b p=
χsenfh ⋅=
Substituindo as relações a seguir, temos que:
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
Determinaçã
o da força de 
corte
Determinaçã
o de Ks
Parâmetros 
de corte 
usados
Formulações 
empíricas 
para o cálculo 
de Kscorte usados de Ks
Kienzle, 1951, criou uma das fórmulas cujo resultado
mais se aproxima dos valores reais observados por
medição direta das forças em usinagem, motivo pelo
qual é bastante usada.qual é bastante usada.
Ks1 e z são determinadas pelo material.
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
Equação de Kienzle para o torneamento
χsen
a
b p=
χsenfh ⋅=
fa
h
KF pz
s
c ⋅⋅=
1 ( ) bhKF zsc ⋅⋅=
−1
1
( ) bhKF zsc ⋅⋅=
−1
1
ou
( )( ) ⋅⋅⋅= −χ apz1( )( ) ⋅⋅⋅= −χ apz1( )( ) 





⋅⋅⋅=
−
χ
χ
sen
a
senfKF pzsc 11 ( )( ) 





⋅⋅⋅=
−
χ
χ
sen
a
senfKF pzsc 11
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
Equação de Kienzle para o torneamento
( )( ) 





⋅⋅⋅=
−
χ
χ
sen
a
senfKF pzsc 11 ( )( ) 





⋅⋅⋅=
−
χ
χ
sen
a
senfKF pzsc 11 


 χsen  χsen
Condições de usinagem utilizados por Kienzle
Kienzle sugere um aumento de 1 a 
2% no valor de Ks para cada 
aumento de 1º no ângulo de saída
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
Equação de Kienzle para o torneamento
( )( ) 





⋅⋅⋅=
−
χ
χ
sen
a
senfKF pzsc 11 ( )( ) 





⋅⋅⋅=
−
χ
χ
sen
a
senfKF pzsc 11
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
Equação de Kienzle para furação em cheio
( ) bhKF zsc ⋅⋅=
−1
1
( ) bhKF zsc ⋅⋅=
−1
1
( ) ( ) rrr
p
sen
D
sen
D
sen
a
b
χχχ ⋅
===
2
2
( )z
rsc sen
fDkF
−




⋅⋅⋅=
1
1 χ
2
σχ =r
r
r
sc sen
sen
kF 



⋅⋅
⋅
⋅= 1 22
χ
χ
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
Equação de Kienzle para furação com pré-furo
( ) bhKF zsc ⋅⋅=
−1
1
( ) bhKF zsc ⋅⋅=
−1
1
( )zfdD −− 1
2
σχ =r
rsen
dDb
χ⋅
−
=
2
r
r
sc sen
f
sen
dDkF 





⋅⋅
⋅
−
⋅= 1 22
χ
χ
POTÊNCIA DE USINAGEM
Potência de corte
Potência de avanço
Potência efetiva Potência motorPotência efetiva
fc PP >>
Potência motor
Máquina convencional: 60 a 80%
CNC: 90%
FORÇA DE CORTE
É o principal fator no cálculo da potência necessária a usinagem
Geometria da 
Material da peça Área da secção de corte
Geometria da 
ferramenta e 
ângulo de 
posição
Material da 
ferramenta Lubrificação
Velocidade de 
corte ferramenta Lubrificação corte 
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
MATERIAL DA PEÇA
O corte dos metais depende da deformação plástica e ruptura
por cisalhamento destes, quanto maior a resistência do material
maior a força de corte e o Ks.
A adição de certos elementos
A adição de carbono 
Fósforo, chumbo, enxofre e
boro diminuem a Fc
•geram planos de baixa resistência ao 
cisalhamento, facilitando a quebra 
maior a força de corte e o Ks.
A adição de carbono 
tende a aumentar 
Fc, 
cisalhamento, facilitando a quebra 
do cavaco
•estes materiais formam inclusões
que lubrificam a interface cavaco-
ferramenta, reduzindo a tensão no
plano de cisalhamento secundário.
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
MATERIAL DA FERRAMENTA
Grande afinidade zona de aderência aumentando Fc
Afinidade química entre a peça e a ferramenta
Os revestimentos de nitreto de titânio tendem a diminuir
sensivelmente o atrito nas interfaces, causando reduções
Grande afinidade zona de aderência estável e forte aumentando Fc
Baixa afinidade 
a diminuição do 
atrito na interface 
cavaco-ferramenta
diminui Fc.
sensivelmente o atrito nas interfaces, causando reduções
consideráveis na força de corte e Ks.
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
Ângulo de saída (γ): É o ângulo mais que mais influencia.
Quanto maior o ângulo, menor a deformação do cavaco,Quanto maior o ângulo, menor a deformação do cavaco,
logo menor a força de corte
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
Ângulo de folga (α): Não influencia muito a força de corte.
Pequenos ângulos de folga, provocam atrito, aumentandoPequenos ângulos de folga, provocam atrito, aumentando
assim o valor da força de corte.
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
Ângulo de posição (χ): Não influencia muito a força de
corte. Quanto maior o ângulo, maior será a área,corte. Quanto maior o ângulo, maior será a área,
aumentando assim o valor de força e do kc.
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
Ângulo de inclinação (λ): Não influencia muito a força de
corte. Quanto maior o ângulo, maior será a área,corte. Quanto maior o ângulo, maior será a área,
aumentando assim o valor de força e do kc.
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
VELOCIDADE DE CORTE
Em baixas vc :
•Redução contínua devido ao aumento do 
calor
•Redução oscilante devido à APC ( variação 
Em altas vc (valores usuais nas indústrias):
•Pouca influência devido à redução de σr 
pelo calor gerado
•Redução oscilante devido à APC ( variação 
de γ)
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
FLUIDO DE CORTE
Efeito 
lubrificante reduz o atrito
Diminuindo a 
Fclubrificante Fc
Baixo efeito em altas vc
Efeito 
refrigerante 
Diminui a 
temperatura
Não há 
redução do 
σr
Aumento da 
Fc
INFLUÊNCIA NA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE - KS
ÁREA DA SEÇÃO DE CORTE (AP E F)
FATORES QUE AFETAM AS FORÇAS DE AVANÇO E PASSIVA
Velocidade de corte Ângulo de posição
FATORES QUE AFETAM AS FORÇAS DE AVANÇO E PASSIVA
Ângulo de inclinação