Relatório Unidade I LabII UFRJ

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Prática de Laboratório: Usinagem
Grupo 2
Lucas Fonseca Alexandre de Oliveira, DRE: 112044841
Marion Larreur, DRE: 117106818
Pedro Henrique Cardoso Paulo, DRE: 114058985
Ronaldo Fonseca Júnior, DRE: 113056956
Victor Assi Belfort Bastos, DRE: 112205324
Professora: Anna Carla Araújo
Data da prática: 24/03/2017
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1 Objetivos
Este relatório tem como objetivo descrever o processo de fabricação de um conjunto de duas peças utili-
zando as máquinas convencionais (Torno, Fresadora e Plaina Limadora) do Laboratório de Tecnologia Mecâ-
nica (LTM) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Foram comparadas as velocidades de corte, ve-
locidade de avanço e profundidade de corte definidas pelo grupo com as utilizadas no laboratório, usufruindo
das recomendações dos técnicos mais experientes. As vistas das peças estão mostradas abaixo:
(a) Base (b) Parafuso
Figura 1: Peças a serem usinadas
2 Cálculos dos Parâmetros de corte
O cálculo dos parâmetros de corte a serem utilizados foi feito a partir das faixas de velocidade de corte,
usadas para estimarmos a rotação. A relação, bem conhecida, é dada pela fórmula abaixo:
N =
1000vc
piD
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Onde N é a velocidade de rotação em rpm, vc a velocidade de corte e D o diâmetro da ferramenta, no caso
da furação e do fresamento, ou da peça, no caso do torneamento. Essa relação foi usada para o cálculo da
velocidade de rotação para a furação e para o fresamento, tomando-se como velocidade de base para o corte
uma velocidade intermediária dentro da faixa aceitável (14 m/s para furação e 22 m/s para fresamento). Já no
torno, como impor velocidade máxima ou menor no diâmetro original (19mm)e velocidade mínima ou maior
no diâmetro final (10mm) se mostraram incompatíveis, optamos por usar uma velocidade intemediária (15
m/s) em um diâmetro intermediário. Os valores calculados, tal como as faixas de avanço e profundidade de
corte aceitáveis por essa abordagem, se encontram abaixo:
Tabela 1: Parâmetros de corte utilizados
Máquina Operação Valores estimados
N = 583 rpm
Fresamento de Borda (12mm) Vf = 46 - 58 mm/min
ap,max = 18 mm
N = 318 rpm
Fresadeira Fresamento de Topo (28mm) Vf = 25 - 32 mm/min
ap,max = 42 mm
Furação (8,5mm) N = 524 rpm
Vf = 52 - 104 mm/min
N = 328 rpm
Torno Torneamento f = 0,05 - 0,3 mm/rot
ap = 0,5 - 3 mm
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3 Descrição dos Processos Executados
3.1 Operações na Fresadora
O processo de usinagem da primeira peça se deu em diversas etapas. Inicialmente a peça era um retângulo
maciço de aço 1020. Primeiramente mediu-se as dimensões da peça para saber o quanto seria preciso retirar
até atingir as dimensões prescritas no desenho da Figura 1. As dimensões da peça original eram (em mm):
62,2 x 19,37 x 19,1.
Em seguida posicionou-se a peça na fresadora, porém a etapa foi realizada sem a utilização do “relógio”
que verifica o real paralelismo da peça em relação a Máquina-ferramenta. Então, com uma fresa de 12 mm
realizou-se o faceamento da peça e, em seguida, começamos o processo de furação com uma broca de 8.5 mm.
Na etapa seguinte os dois furos passantes foram realizados com uma broca de 8.5 mm. Os dois processos
de furação foram realizados de forma vertical e o seu posicionamento ocorreu com relação a face lateral do
material e com movimentos longitudinais com relação a broca. A rotação utilizada foi de 425 rpm e a velo-
cidade de corte foi de 13 mm/min (recomendado: 13 15 mm/min). O avanço e a profundidade foram feitos
manualmente, uma vez que o furo era passante. Porém o avanço manual do segundo furo se deu de forma
mais lenta em relação ao primeiro.
O processo de desbaste de 7 mm foi realizado com uma fresa de 28 mm de 2 dentes. O seu posicionamento
se deu através de cálculos a partir do desenho esquemático. Seu centro foi posicionado no meio entre os
dois furos, como a distância entre os centros dos furos era de 14 mm, somou-se 7 mm aos 15 mm (distância
entre a extremidade e o centro do primeiro furo). Retirou-se 0,5 mm de material por passada para que o
processo pudesse ser visto repetidas vezes. Embora haja recomendação para o avanço que, nas dadas condições,
levariam a velocidades de avanço máxima de 33 mm/min, o técnico do laboratório utilizou 38 mm/min (a
velocidade mais próxima do limite superior disponível) com a justificativa de que seria um processo mais
rápido e não havia maiores problemas devido a ductilidade do material. O excesso de material (rebarba) foi
retirado com uma lima.
Após a execução dos furos passantes executou-se o furo cego que teve seu posicionamento na face lateral
com o auxílio de um graminho com escala (“paquímetro de altura”) e utilizou-se um punção e um martelo
para marcar o centro. Este que por sua vez apresentou baixa precisão, uma vez que nem todas as laterais
da face apresentaram simetria. Diferente do furo passante a profundidade do furo cego de 8,5 diâmetro foi
controlada através de uma haste que trava ao atingir os 14 mm desejado. O processo foi feito manualmente e
também não houve controle da velocidade de avanço, embora esta tenha sido estimada pelo grupo por meio
da cronometragem do curso e usada como padrão para os furos.
O último passo foi o rosqueamento no furo cego com auxílio de 3 machos e um desandador, seguido de
lixamento das superfícies externas. O primeiro macho utilizado deve ter formato mais cônico para penetrar
na peça, utilizando um lubrificante para facilitar o procedimento.
3.2 Operações no Torno
Primeiramente o técnico apresentou os componentes do Torno e suas funções. Conhecemos o Barramento
(“mesa” que precisa estar em bom estado para estabilidade do procedimento e qualidade da peça), Mangote
(conecta o mandril para realizar a furação, geralmente.), Castelo (conjunto de peças utilizadas para facear e
“sangrar” a peça.) e por último a placa de 3 castanhas, que é a mais adequada para peças cilíndricas. Além
disso o fornecedor ainda recomendava que, caso necessário, o uso da placa de 4 castanhas deveria ser limitado
a uma rotação de 400 rpm, devido ao seu elevado peso.
O processo de usinagem iniciou-se com a medição do diâmetro da peça que seria usinada para a fabricação
de um parafuso e obteve-se um valor de D = 19 mm. A partir disso, com uma rotação de 1000 rpm, faceou-se
peça e, em seguida, executou-se o furo de centro manualmente. Uma diferença entre esse procedimento e o
realizado anteriormente é o fato de que a peça é que está sendo girada pelo Torno para ser fabricada, enquanto
que na Fresadora ela fica parada sendo a ferramenta de corte que gira.
Em seguida fez-se uma marcação de 25 mm referente a distância entre a extremidade inferior do parafuso
e o início da cabeça para dar início ao torneamento cilíndrico externo até chegar a dimensão de um para-
fuso M10. Utilizamos a rotação de 390 rpm com um avanço de 0,056 mm (recomendado: 0,05 0,3 mm) e
profundidade de corte igual a 0,5 mm (recomendado: 0,5 - 3 mm).
Realizou-se em seguida o rosqueamento. O primeiro desafio foi entender como interpretar a tabela de
roscas e acionar a máquina no passo 1.5 mm e, após realizado o procedimento, conferiu-se com o canivete de
rosca. Utilizou-se o cossinete para abrir mais as roscas e finalizá-las.
Por último fez-se o recartilhamento na cabeça do parafuso e o sangramento até que ele soltasse da matriz,
foi de se notar o aquecimento da peça após o sangramento.. Por fim, foi feito o faceamento para tirar a rebarba.
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4 Comparação dos Parâmetros
Segue abaixo a comparação dos valores usados para as operações com os valores por nós estimados. Con-
sideramos concordantes com nossas estimativas todos os valores que, ou estavam na faixa por nós estimada,
ou eram os mais próximos dessa, ao nosso ver, disponível na máquina. Três operações foram deixadas de fora
da lista, que seriam o sangramento, o rosqueamento e o recartilhamento. Essas operações foram deixadas de
fora pois, embora similares ao torneamento, diferençãse particularidades em suas execuções as tornam difí-
ceis de serem julgadas pelos parâmetros do torneamento comum, que tínhamos calculado. A saber, para tais
operações foram usadas rotações de 170 rpm, com 390 ao fim do sangramento, sendo todos os avanços manu-
ais, a exceção do rosqueamento, cujo avanço é dado pelo passo da rosca. A velocidade de avanço da furação
também é apenas uma estimativa, obtida pela medição do tempo consumido para fazer o furo de 14 mm de
profundidade.
Tabela 2: Comparação dos parâmetros de corte
Máquina Operação Valores estimados Valores Usados Valores Concordam?
N = 583 rpm N = 670 rpm sim
Fresamento de Borda (12mm) Vf = 46 - 58 mm/min Vf = 38 mm/min não
ap,max = 18 mm ap = 0,4 mm sim
N = 318 rpm N = 425 rpm não
Fresadeira Fresamento de Topo (28mm) Vf = 25 - 32 mm/min Vf = 38 mm/min sim
ap,max = 42 mm ap = 0,5 mm sim
Furação (8,5mm) N = 524 rpm N = 425 rpm não
Vf = 52 - 104 mm/min Vf ,aprox = 18 mm/min não
N = 328 rpm N = 390 rpm sim
Torno Torneamento f = 0,05 - 0,3 mm/rot f = 0,056 mm/rot sim
ap = 0,5 - 3 mm ap = 0,5 mm sim
(a) Base (b) Parafuso
Figura 2: Medidas tomadas das peças feitas
Podemos ver que, de maneira geral e segundo nossos critérios, houve uma boa concordância entre nossas
estimativas e as escolhas dos técnicos. Diferençãs maiores podem seer vistas nos processos de fresamento,
onde o técnico quis se valer da maleabilidade do material usado para acelerar o processo, ora pelo aumento da
rotação, ora pelo aumento da velocidade de avanço, embora jamais se distanciando demais das faixas ideais por
nós estimadas, e na furação, onde o uso de avanço manual acaba por dificultar a regulagem desse parâmetro,
que ficou abaixo do esperado, mas de certa forma condizente com a menor velocidade de rotação usada, em
especial se tratando de um furo profundo (14 mm).
5 Análise das Dimensões da Peça
Uma vez fabricada a peça, é necessário fazermos a validação desta por meio da medição de suas dimensões.
Estas foram feitas com um paquímetro, cinco vezes cada, de modo a podermos fazer uma estatística, deter-
minando incertezas para 95% de confiança. Como critérios de validação das medidas, consideramos, para o
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caso das medidas com tolerância, se o intervalo determinado pelas nossas medições e incerteza interceptava o
intervalo determinado pela grandeza e sua tolerância. Grandezas sem tolerâncias foram consideradas válidas
apenas se seu valor se encontrasse no intervalo determinado pelas incertezas.
Tabela 3: Comparação de medidas - Parafuso (em mm)
Medida Media Valor Esperado Tolerancia Aceitável?
L1 19,42± 0,14 19,05 não
L2 4,94± 0,04 5 0.05 sim
L3 10,51± 0,27 10 0.5 sim
L4 9,8± 0,08 10 não
Tabela 4: Comparação de medidas - Base (em mm)
Medida Media Valor Esperado Tolerancia Aceitável?
L1 61,52± 0,24 62 1 sim
L2 18,58± 0,76 19,05 sim
L3 11,11± 0,05 10,75 não
L4 24,61± 0,02 24,75 não
L5 19,35± 0,12 19,05 não
L6 7,00± 0,15 7 sim
L7 28,05± 0,10 28 sim
D1 8,50± 0,11 8,5 sim
D2 8,43± 0,08 8,5 sim
D3 8,46± 0,05 8,5 sim
P3 16± 0 14 não
Como podemos ver, por nossos critérios, mais da metade das dimensões foi bem atendida, o que inclui todas
as grandezas com tolerâncias explícitas expressas, que podemos ver como as grandezas mais críticas a serem
atendidas. Além do mais, as grandezas mais funcionais, como diâmetros dos furos, tamanho do rebaixo na
usinagem e as roscas, foram bem atendidas, sendo portanto garantida a funcionalidade da peça. Vale ressaltar,
também que algumas das grandezas da peça que não bateram são relativas as dimensões originais do material
usado (diâmetro da barra, lados da base do prisma) fugindo, portanto, do nosso controle durante o processo
de usinagem. Outra causa para discrepâncias e certa variação nas medidas tomadas foi o fato de a fixação na
fresadora não apresentar bom paralelismo com a horizontal, levando a erros e desníveis. Como comentário
adicional, enfatizamos que P1 e P2 não foram medidas pois seu valor pode ser deduzido pelas outras medidas.
6 Resultados e Conclusões
Podemos considerar, de forma geral, a fabricação da peça como bem-sucedida, com as medidas mais im-
portantes para a funcionalidade, tal como altura do rebaixo, diâmetros dos furos e encaixe da rosca, sendo
bem-atendidas. Embora nem todas as medidas tenham concordado, consideramos que uma boa parte delas e,
em especial as mais importantes, tiveram boa concordância, tendo inclusive a rosca encaixado perfeitamente.
Além disso, podemos dizer que dentro dos limites impostos pela máquina, as escolhas dos técnicos concorda-
ram em boa parte com os valores por nós calculados como aceitáveis, sendo que, mesmo em certos casos de
discrepância, justificativas como a maciez do material, dadas por eles em função da experiência, foram dadas
de modo a justificar as mudanças.
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