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PROCESSOS DE MANUFATURA II VOLUME I • Paulo Ricardo Motta Fagundes • Engenheiro Mecânico - PUC - RS • Especialização em Qualidade - UCS • Mestre em Engenharia da Produção - PPGEP - UFRGS prmfagun@ucs.br EMENTA Estudo dos processos de fabricação: remoção de materiais com ferramentas de geometria definida e não-definida; processo de usinagem não- convencionais; processo para moldagem de peças poliméricas; processo de adição de materiais. Determinação das condições econômicas desses processos. Seleção desses processos com base na sua capacidade, capabilidade e aplicações típicas. Máquinas e ferramentas associadas a cada um desses processos. Impactos ambientais dos processos de fabricação. Visita técnicas às empresas. OBJETIVOS Capacitar os alunos a identificar os processos de transformação mecânica e caracterizá-los como sistemas, tendo a entrada de insumos (materiais, energia, mão-de-obra, ferramentas, etc.) e saída de produtos e resíduos (sucata, lixo, calor, etc.). Também, capacitá-los a buscar sistemas com maior confiabilidade, maiores níveis de automação, maior produtividade (como por exemplo maior capacidade de remoção de material, menor ciclo de injeção de peças plásticas, etc.) e melhores níveis de qualidade dimensional, forma e textura. No final da disciplina, os alunos deverão ter a capacidade de elaborar roteiros de fabricação de peças técnicas, utilizando os métodos e processos tratados na disciplina. Em processos de usinagem, as aplicações devem ser tanto para a indústria metal mecânica, quanto moveleira. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 1. Introdução à Tecnologia de Fabricação 1.1. Classificação dos processos de usinagem 1.2. Precisão dimensional de peças e tecnologia de medição de peças 2. Embasamento para usinagem com ferramentas de geometria definida 2.1. O processo de corte 2.2. A solicitação da cunha de corte 2.3. Desgaste 2.4. Ferramentas de corte 2.5. Fluidos de corte 2.6. Influência do material usinado: metais e madeira CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 3. Embasamento para usinagem com ferramentas de geometria não-definida 3.1. A forma média para gumes de geometria não definida 3.2. Princípio de ação para o corte na retificação 3.3. O fenômeno de corte 3.4. Desgaste 4. Determinação das condições econômicas de usinagem 4.1. Otimização dos parâmetros de corte 4.2. Limitações dos parâmetros de corte 4.3. Determinação das condições de otimização de usinagem CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 5. Processos de Usinagem não-convencionais 5.1. Remoção Térmica 5.2. Remoção Química 5.3. Remoção Eletroquímica 5.4. Trabalhos com jatos de água a alta pressão 6. Máquinas-ferramentas 6.1. Aspectos construtivos de máquinas-ferramentas 6.2. Características 6.3. Elementos Construtivos 6.4. Programas CNC 6.4. Seleção de máquinas e comandos CNC CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 7. Processos de Moldagem de peças poliméricas 7.1. Injeção 7.2. Sopro 7.3. Termoformagem 7.4. Moldagem rotacional 7.5. Extrusão 8. Processo de Adição de Material 8.1. Prototipagem rápida AVALIAÇÃO • 20% dos pontos – produtividade do aluno – trabalhos e exercícios solicitados e entregues no prazo determinado. • 30% dos pontos – prova parcial, individual, sem consulta. • 50% dos pontos – prova final, conforme norma da instituição. BIBLIOGRAFIA Bibliografia Básica • STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de corte I 6.ed. Florianópolis: UFSC, 2005. • MANRICH, Silvio. Processamento de Termoplásticos: rosca única, extrusão e matrizes, injeção e moldes. São Paulo: Artliber, 2005. 10 v. • DINIZ, A E., MARCONDES F. C., COPPINI, N. L. Tecnologia da Usinagem dos Materiais. São Paulo: MM Editora 1999. Bibliografia Complementar • CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia mecânica. 2.ed. São Paulo: McGraw- Hill, 1986. 3 v. • ROSSI, M. Máquinas ferramentas modernas. Vol. 1 e 2. Madrid: Dossat, 1981. • STEMMER, C. E. Ferramentas de Corte II 4. ed. Florianópolis: UFSC, 2008. • VOLPATO, Neri. Prototipagem Rápida: tecnologias e aplicações. São Paulo: E. Blücher, 2007. 5 v. • HARADA, Júlio. Moldes para injeção de Termoplásticos: projetos e princípios básicos. São Paulo: Artliber, 2004. 17 v. 1) INTRODUÇÃO À TECNOLOGIA DE FABRICAÇÃO INTRODUÇÃO • A usinagem referencia-se com o período pré histórico; • A pré história compreende o período que vai desde o surgimento do homem até o aparecimento da escrita, subdividida em: – Idade da Pedra Lascada (paleolítico); – Idade da pedra Polida (Neolítico); – Idade dos Metais (pontas de armas). • A usinagem evoluiu juntamente com o homem, sendo usada como parâmetro de subdivisão de um período. INTRODUÇÃO • Surge o Princípio da Fabricação: – No Período Paleolítico, as facas, as pontas de lanças e machados eram fabricados com lascas de pedras grandes; – No Período Neolítico, os artefatos eram obtidos com o desgaste e polimento da pedra (Princípio da Retificação). • Surge o conhecimento de novos materiais: – O homem passa a usar metais na fabricação de ferramentas e armas no fim da pré História; – Os primeiros metais a serem conhecidos foram o cobre e o ouro e em escala menor o estanho; – O ferro foi o último metal que o homem passou a utilizar na fabricação de seus instrumentos. INTRODUÇÃO • Até a revolução industrial em meados do século XVIII o principal material utilizado na construção mecânica era a madeira, sendo facilmente trabalhada com ferramentas de aço carbono; • Porém durante a revolução industrial, com a criação das máquinas a vapor, surgiu a necessidade de trabalhar materiais mais resistentes como o latão, bronze e os ferros fundidos, desse modo, impulsionado o desenvolvimento de materiais para ferramentas e de máquinas operatrizes. INTRODUÇÃO • Já no século XX surtiram produtos feitos de materiais mais duráveis e, consequentemente, mais difíceis de serem usinados. O advento das ferramentas de aço rápido, e mais tarde de carboneto de tungstênio, assim como do aperfeiçoamento das máquinas ferramentas, permitiram a usinagem de aços mais duros e outros materiais metálicos com alta produtividade; • O desenvolvimento das máquinas automáticas e de máquinas com comando numérico tiveram papel fundamental no avanço da produtividade. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • Primeiro registro de equipamento de usinagem: Plaina Neolitica de 6000 A.C. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • Primeiras ferramentas de pedras utilizadas EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • Furadeira a arco egípicia de1500 A. C EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • 1.000 A.C.: Surgem os primeiros tornos; • Idade do Bronze: metais predominantes Cu, Zn, Sn; • 700 A.C.: processamento do ferro; • SEC. XIV: Desenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa; • SEC. XVI: Torneamento ornamental (Jaccques Benson) EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • SEC. XVII: Melhoria nos processos de fabricação de ferro e aço; • SEC. XVIII: Primeiras obras conhecidas sobre torneamento – Jacques Plumier. • Furadeira de Willkinson, acionada a roda d„água. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • SEC. XIX: Revolução industrial: – Desenvolvimento da máquina a vapor (James Watts); – Primeiras máquinas ferramentas projetadas segundo princípios modernos; – Fabricação em série;– Aço ferramenta e o principal material de ferramentas de usinagem; – Torno de Maudslay (1848). EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • SEC. XX: Século da tecnologia: • 1900: Taylor apresenta o aço rápido; • 1930: Vanner Bush inventa o primeiro computador analógico; • 1935: Desenvolvimento do Metal Duro; • 1946: Desenvolvimento do primeiro computador eletrônico digital, o ENIAC; • 1947: Desenvolvimento do primeiro transistor nos Laboratórios Bell; • 1950: Primeira máquina ferramenta numericamente controlada, utilizando um computador eletrônico, o EDSAC no Laboratório MIT dos EUA; • 1960: Primeira Máquina Laser foi construida por Theodore Maiman, nos Laboratorios Hugues. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • SEC. XXI: Tendências para a usinagem neste século: – Máxima velocidade; – Máxima precisão (ultraprecisão); – Máxima flexibilidade. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO • As operações de trabalho com metais podem ser divididas em dois grupos: – Processos de conformação: Visa a obtenção de peças através da deformação plástica do material; – Processos de usinagem: Visa a obtenção de peças com a remoção de material da peça (remoção de cavaco). PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO • Entende-se como conformação dos metais a modificação de um corpo metálico para outra forma definida; • Os processos de conformação podem ser divididos em dois grupos, Processos Metalúrgicos e Processos Mecânicos: • Processos Metalúrgicos nos quais as modificações de forma estão relacionadas com altas temperaturas. Os processos metalúrgicos subdividem-se em conformação por solidificação (temperatura adotada superior ao ponto de fusão do metal) e conformação por sinterização, cuja temperatura de processamento é inferior ao ponto de fusão do metal (metalurgia do pó). EXEMPLO DE PEÇAS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO • Processos Mecânicos: são constituídos pelos processos de conformação plástica (tensões aplicadas inferiores ao limite de resistência à ruptura do material) e pelos processos de conformação por usinagem (tensões aplicadas superiores ao limite de resistência à ruptura do material com geração de cavaco). PROCESSOS DE USINAGEM • Definição: Segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a remoção de material sob a forma de cavaco; • Usinagem: Operação que confere à peça forma, dimensões ou acabamento, ou ainda uma combinação qualquer desses três, através da remoção de material sob a forma de cavaco; • Cavaco: Porção de material da peça retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma irregular. O Estudo da usinagem é baseado na mecânica (Atrito, Deformação), na Termodinâmica (Calor) e nas propriedades dos materiais. PROCESSOS DE USINAGEM Material Bruto Seqüência de Usinagem Produto Final Remoção de Cavaco IMPORTÂNCIA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • A maior parte de todos os produtos industrializados em alguma de suas etapas de produção sofre algum processo de usinagem; • 80% dos furos são realizados por usinagem; • 100% dos processos de melhoria da qualidade superficial são feitos por usinagem; • O comércio de máquinas- ferramentas representa uma das grandes fatias da riqueza mundial. IMPORTÂNCIA DOS PROCESSOS DE USINAGEM • Produtos Usinados: – 70% das engrenagem para transmissão de potência; – 90% dos componentes da indústria aeroespacial; – 100% dos pinos médico odontológicos; – 70% das lentes de contatos extra oculares; – 100% das lentes de contatos intra oculares; – Lentes para CD player ou suas matrizes. PROCESSOS DE USINAGEM CONVENCIONAIS NÃO-CONVENCIONAIS GEOMETRIA DEFINIDA GEOMETRIA NÃO DEFINIDA ELETROEROSÃO LASER PLASMA JATO D’ÁGUA ULTRA SOM ELETROQUÍMICA ALARGAMENTO APLAINAMENTO BROCHAMENTO FURAÇÃO FRESAMENTO MANDRILAMENTO SERRAMENTO TORNEAMENTO RETIFICAÇÃO BRUNIMENTO LAPIDAÇÃO POLIMENTO ESPELHAMENTO LIXAMENTO JATEAMENTO SUPERACABAMENTO LIMAGEM CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Alargamento: – Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, com o auxílio ferramenta geralmente multicortante; – A ferramenta ou peça giram e a ferramenta ou peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta; – O alargamento pode ser de desbaste (cilindro ou cônico) ou acabamento (cilindro ou cônico). PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Processos de Alargamento: • Cilíndrico de desbaste • Cilíndrico de acabamento • Cônico de desbaste • Cônico de acabamento PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Aplainamento: – Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou ferramenta, executado por uma máquina ferramenta denominada de plaina; – A plaina é uma máquina utilizada para dar desbaste grosso e aproximação dimensional às peças. Geralmente, este tipo de usinagem é anterior ao torneamento e ao fresamento, para realizar desbaste e aproximação da dimensão da peça; – O plainamento é um processo de usinagem por retirada de cavaco, pelo intermédio da utilização de ferramentas de corte de aço rápido. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Aplainamento: – Plainar significa desbastar e dar planicidade na superfície das peças; – O sobremetal deixado para o processo de plainamento é da ordem de 2 a 30 mm, porque a plaina é uma máquina de custo relativamente baixo; – Pode ser horizontal ou vertical; – Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de acabamento. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Processos de Aplainamento: • De superfícies • De perfis • Rasgos de chaveta PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Brochamento: – Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas multicortantes; – A ferramenta ou a peça se deslocam em trajetória retilínea, coincidente ou paralela com o eixo da ferramenta; – O brochamento pode ser: • Interno • Externo PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Exemplos de Brochas: PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Furação: – Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, como auxílio de ferramenta geralmente multicortante; – A ferramenta ou peça giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Processos de Furação: • Furação em Cheio: – Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça, removendo todo o material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco; – No caso de furos de grande profundidade há necessidade de ferramenta especial. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Escareamento: Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça pré furada. • Furação escalonada: Processo destinado à abertura de um furo com dois ou mais diâmetros,simultaneamente. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Trepanação: Processo de furação em que apenas uma parte do material compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Fresamento: – Processo mecânico de usinagem que visa a obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes; – Utiliza equipamento chamado fresadora e ferramenta multicortante chamada de freza; – A ferramenta gira e a peça ou ferramenta se deslocam segundo uma trajetória qualquer; – Distinguem-se dois tipos básicos de fresamento, o tangencial e o frontal; – Há casos que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo haver ou não predominância de um sobre o outro. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Processos de Fresamento: • Fresamento Cilíndrico Tangencial: – Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana paralela ao eixo de rotação da ferramenta; – Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de rotação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça, será considerado um processo especial de fresamento tangencial. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Fresamento Cilíndrico Tangencial Concordante: • Fresamento Cilíndrico Tangencial Discordante: PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Fresamento Frontal: – Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta. • Fresamento Frontal de Canal com Fresa de Topo: • Fresamento Frontal de Canal com Fresa de Topo: PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Mandrilamento: – Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias ferramentas de barra; – A ferramenta gira e a peça ou ferramenta se deslocam simultaneamente segundo uma trajetória determinada. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Processos de Mandrilamento: • Mandrilamento Cilíndrico: – Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cilíndrica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Mandrilamento Radial: – Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é plana e perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Mandrilamento Cônico: – Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Mandrilamento de Superfícies Especiais: – Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é uma superfície de revolução, diferente das anteriores, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Serramento: – Processo mecânico de usinagem destinado ao seccionamento ou recorte com auxílio de ferramentas multicortantes de pequena espessura; – A ferramenta gira ou se desloca, ou executa ambos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Serramento: • Serramento Retilíneo: – Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, com movimento alternativo ou não; – No primeiro caso, o serramento é retilíneo alternativo no segundo caso, o serramento é retilíneo contínuo. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Serramento Circular: – Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a peça ou ferramenta se desloca. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Torneamento: – Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes; – A peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente seguindo uma trajetória coplanar com o referido eixo. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Torneamento: PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Torneamento: • Torneamento Retilíneo: – Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina. – Pode ser: Interno Externo PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA Cônico Interno Cônico Externo PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA Sangramento Radial Sangramento Axial PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA DEFINIDA • Tipos de Torneamento: • Torneamento Curvilíneo (Perfilamento): – Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial ou axial, visa a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Retificação: – Processo de usinagem destinado à obtenção de superfícies com o auxilio de ferramenta abrasiva de revolução; – A ferramenta gira e a peça ou ferramenta se desloca segundo uma trajetória determinada, podendo a peça girar ou não. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Tipos de Retificação: – Retificação Tangencial: processo de retificação executado com a superfície de revolução da ferramenta. Pode ser: • Cilíndrica: externa ou interna, de revolução ou não, com diferentes avanços da ferramenta ou da peça; • Cônica: externa ou interna, com diferentes avanços da ferramenta ou da peça; • De Perfil, Plana, sem Centros: com avanço longitudinal da peça ou radial do rebolo. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Tipos de Retificação: – Retificação Frontal: processo de retificação executado com a face do rebolo. É geralmente executada na superfície plana da peça, perpendicularmente ao eixo do rebolo. Pode ser: • Com avanço retilíneo da peça; • Com avanço circular da peça. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Brunimento: – Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução, no qual todos os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais; – A ferramenta ou peça giram e se deslocam axialmente com o movimento alternativo. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Lapidação: – Processo mecânico de usinagem por abrasão, executado com abrasivo aplicado por porta ferramenta adequado, com o objetivo de se obter as dimensões especificadas pela peça. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Polimento: – Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco ou conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Espelhamento: – Processo mecânico de usinagem por abrasão, no qual é dado o acabamento por meio de abrasivos, associados a um porta ferramenta específico para cada tipo de operação, com o fim de se obter uma superfície especular. • Lixamento: – Processo mecânico de usinagem porabrasão executado por abrasivo aderido a uma tela e movimentado com pressão contra a peça. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Jateamento: – Processo mecânico de usinagem por abrasão, no qual as peças são submetidas a um jato abrasivo, para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento. CARACTERÍSTICAS DO JATEAMENTO • Processo abrasivo de remoção de cavacos com auxílio de jatos; • A energia cinética realiza o trabalho, e o jato empregado é acionado por um meio líquido ou gasoso; • A taxa de remoção depende da massa e do meio empregado para a abrasão; • A ação do jateamento está baseada no fato de que os grãos abrasivos com alta velocidade incidem sobre a superfície da peça a ser trabalhada, sendo frenados sobre a mesma; • A superfície pronta apresenta uma série de mini-crateras, devido ao impacto dos diversos grãos; • A eficiência do processo é determinada por: tipo do meio abrasivo, velocidade do jato, vazão de abrasivo, recobrimento do jato sobre a superfície, ângulo de ação, duração do jato, dureza da peça jateada. TIPOS DE JATEAMENTO • Jateamento por jato de ar: – O abrasivo é acelerado por meio de um jato de ar e jogado sobre a superfície a ser trabalhada; – O meio abrasivo está sujeito a uma forte ação mecânica, que o destrói após a aplicação; • Jateamento de ar úmido: – Jato fixo onde o fluido com solução de um meio abrasivo é acelerado com alta velocidade por um jato de ar sobre uma superfície. • Jateamento molhado: – Jateamento em que o líquido é o meio de aceleração, sendo empregado a alta pressão. • Jateamento com vapor: – Jateamento empregando vapor comprimido. • Jateamento centrífugo: – Aceleração do abrasivo a partir de uma roda centrífuga que está composta de pás ou de forma semelhante. PROCESSOS DE USINAGEM COM GEOMETRIA NÃO DEFINIDA • Limagem: – Processo mecânico de usinagem por abrasão destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas multicortantes de movimento contínuo ou alternativo. O processo contínuo se dá por lima em forma de fita e o alternativo através de ferramenta manual. PRECISÃO DIMENSIONAL DE PEÇAS • Tolerância Dimensional: – A tolerância dimensional destina-se a limitar os erros dimensionais no fabricação das peças; – Quanto maior é a precisão exigida, maior é o custo; – As tolerâncias dimensionais especificadas influenciam diretamente na escolha do processo de fabricação a ser usado; – Na prática, dimensões exatas (sem nenhuma variação) não são possíveis nem necessárias; – As tolerâncias e acabamentos de superfície estão interligados; – A correta e adequada especificação das tolerâncias é essencial para se garantir a correta montagem de componentes. CONCEITOS BÁSICOS • Elemento: uma característica ou pormenor individual da peça, como seja uma superfície, uma reentrância, um cilindro, um furo ou uma linha de eixo; • Veio: elemento interno que, numa montagem, vai estar contido em outro elemento; • Furo: elemento externo que, numa montagem, vai conter outro elemento. CONCEITOS BÁSICOS • Dimensão Nominal: é a dimensão básica da peça e que fixa a origem dos afastamentos. É a dimensão indicada no projeto, em milímetros (mm). Na prática não é possível nem necessário obter esta dimensão; • Tolerância (T): é a quantidade que uma dimensão especificada pode variar; • Zona de tolerância: zona compreendida entre a cota máxima e a cota mínima; • Tolerância fundamental (IT): classe de qualidade de acordo com o sistema ISO de desvios e ajustamentos; • Desvio fundamental: é a posição da zona de tolerância em relação à linha de zero; • Classe da tolerância: termo usado para designar a combinação de uma tolerância fundamental com um desvio fundamental, (Exemplo h8 ou G10). CONCEITOS BÁSICOS • Cota Máxima (CMAX): dimensão máxima permitida ao elemento; • Cota Mínima (CMIN): dimensão mínima permitida ao elemento; • Cota Nominal (CN): cota sem tolerância descrita nos desenhos; • Desvio Superior (ES): ES = CMAX - CN • Desvio Inferior (EI): EI = CMIN - CN • Linha de zero: é uma linha que, na representação gráfica dos desvios e ajustamentos, representa a cota nominal e em relação à qual os desvios são definidos. CONCEITOS BÁSICOS • Afastamento: é a diferença entre as dimensões limite e a nominal. É o desvio, a tolerância permitida para a peça, em função do tipo de trabalho e da dimensão nominal: – Afastamento inferior: diferença entre as dimensões mínima e a nominal; – Afastamento superior: diferença entre as dimensões máxima e a nominal. CONCEITOS BÁSICOS TOLERÂNCIAS DE FABRICAÇÃO • É a variação permissível da dimensão da peça, dada pela diferença entre as suas dimensões máxima e mínima. • tf= Dmáx - Dmín = (D + As) - (D + Ai) = As - Ai ⇒ (tolerância de fabricação do furo) • te = Dmáx - Dmín = (D + as) - (D + ai) = as - ai ⇒ (tolerância de fabricação do eixo) SISTEMA ISO DE TOLERÂNCIAS • Grau de Tolerância: é o grau de precisão fixado pela Norma de Tolerâncias e Ajustes; • É a precisão exigida na fabricação das peças, segundo o tipo de mecanismo a que se destinam; teoricamente cada dimensão nominal admite 20 tolerâncias fundamentais ou qualidades de trabalho. APLICAÇÃO DAS CLASSES DE TOLERÂNCIAS SISTEMA ISO DE TOLERÂNCIAS LINEARES • 1º GRUPO: Reservado para peças de grande precisão de fabricação e para fabricação de calibradores: – IT1: reservado para dimensões padrão de medida e para verificação da fabricação dos calibradores destinados aos IT‟s 2, 3 e 4; – IT2: reservado para verificação das peças fabricadas com IT5. – IT3: reservado para verificação das peças fabricadas com IT6 e IT7. – IT4: reservado para verificação das peças fabricadas com IT5, IT6 e IT7. SISTEMA ISO DE TOLERÂNCIAS LINEARES • 2º GRUPO: Reservado para fabricação de peças mecânicas em geral: – IT5: reservado apenas para dimensões externas (eixos), é a máxima precisão utilizada em fabricação mecânica; – IT6 e IT7: reservado normalmente para trabalhos de mecânica fina; – IT8 a IT11: reservados para trabalhos mecânicos de usinagem comum. • 3º GRUPO: Reservado para fabricação de peças isoladas, não destinadas a acoplamentos: – IT12 a IT18: reservados para trabalhos de forja, fundição, laminação, mecânica agrícola, etc. SISTEMA DE AJUSTES • Conjunto de princípios, regras, fórmulas e tabelas que permitem a escolha racional de tolerâncias no acoplamento eixo/furo, para se obter, economicamente, uma condição preestabelecida; • Têm por finalidade estabelecer, em função da dimensão nominal, valores padronizados para as folgas ou interferências, isto é, o modo como as peças deverão trabalhar em conjunto. • Ajustagem é estabelecer as dimensões de uma peça e os limites de variação dessas, de modo que fique bem determinado o funcionamento do conjunto a ser fabricado. CATEGORIA DO AJUSTE • É a classificação dos ajustes segundo a possibilidade de movimento relativo entre seus elementos: – Ajustes com Folga: o afastamento superior do eixo é menor ou igual ao afastamento inferior do furo; – Ajustes Incertos: o afastamento superior do eixo é igual ou maior que o afastamento inferior do furo; – Ajuste com Interferência: o afastamento superior do furo é menor ou igual ao afastamento inferior do eixo; – Folga: F > 0 e f > 0 – Ajustes Incertos: F > 0 e IM > 0 (f < 0) – Interferência: IM > 0 e Im > 0 CATEGORIA DO AJUSTE TIPOS DE AJUSTECAMPO DE TOLERÂNCIA • É o valor da dimensão compreendida entre os afastamentos superior e inferior da peça: – A (a) até G (g): ajustes móveis, livres, com folga; – J (j) até N (n): ajustes incertos (folga e/ou interferência, porém pequenas); – P (p) até ZC (zc): ajustes com interferência; – H: ajustes no Sistema Furo-Base (S.F.B.); – h: ajustes no Sistema Eixo-Base (S.E.B.). SISTEMA FURO-BASE (S.E.B.) • É o sistema pelo qual, para todas as categorias de ajuste, a dimensão mínima do furo é igual à dimensão nominal; • O número de ajustes possíveis e que satisfaçam as condições de operação do conjunto é extremamente elevado; • Para maior simplicidade, sempre que possível, deve ser adotada a posição H do campo de tolerâncias para furo, obtendo-se, a partir destes, as tolerâncias do eixo; • É o mais utilizado em fabricação mecânica, pois fixando-se a dimensão mínima do furo, executa-se apenas usinagem externa no eixo, tarefa mais fácil de executar e medir. SISTEMA EIXO-BASE (S.E.B.) E MISTO • Sistema Eixo-Base: é o sistema pelo qual, para todas as categorias de ajuste, a dimensão máxima do eixo é igual à dimensão nominal; – Utiliza a letra h para o seu campo de tolerância. • Sistema Misto: quando o ajuste é feito fora dos sistemas Furo-Base e Eixo-Base, o sistema chama-se misto. SIMBOLOGIA DO AJUSTE D Wα/wα’ Onde: D ⇒ dimensão nominal do conjunto. W ⇒ letra maiúscula para o campo de tolerância. w ⇒ letra minúscula para o campo de tolerância. α ⇒ IT do furo. α‟ ⇒ IT do eixo. Exemplos: 120 H8/e7 86 M9 h8 55 H10-a9 SISTEMA ISO DE TOLERÂNCIAS E AJUSTES • As principais características do sistema ISO são: – Divisão em grupos de dimensões nominais, variando de 1 a 500 mm; – Série de 20 tolerâncias fundamentais para cada grupo de dimensões acima; – Série de posições, em relação a linha zero, que determinam a categoria do ajuste (folga ou interferência); – Este conjunto de características é resumido em uma das mais importantes tabelas a Tabela de tolerâncias fundamentais. TABELA DE TOLERÂNCIAS SISTEMA ISO DE TOLERÂNCIAS E AJUSTES • A partir dos números normalizados da tabela acima, a norma ABNT NB-86 fixa grupos de dimensões utilizados para elaboração do ajuste; • A série R05 é chamada série primária; • A série R10 contém todos os termos da série R05; a série R20 contém todos os termos da série R10 e assim por diante; • Para se cotar peças mecânicas a primeira escolha deve ser a série R05, seguindo-se as séries R10, R20 e etc. TABELA DE TOLERÂNCIAS ESCOLHA DO AJUSTE • Os principais fatores que influenciam a escolha do ajuste são: – Acabamento superficial das superfícies em contato; – Comprimento de contato; – Movimento relativo entre as peças; – Velocidade de funcionamento; – Tipo de material das peças; – Temperatura; – Lubrificação; – Quantidade de peças; – Custo da produção. EXEMPLO DE INTERPRETAÇÃO DO AJUSTE 1) 55 F7/h6: • Eixo: 55 h6 – Qualidade de trabalho: IT 6 (preciso) – Dimensão nominal [mm]: D = 55 – Afastamento superior [μ]: as = 0 – Afastamento inferior [μ]: ai = -0,019 – Dimensão máxima [mm]: Dmáx = D + as = 55 + 0 = 55 – Dimensão mínima [mm]: Dmín = D + ai = 55 + (-0,019) = 54,981 – Tolerância de fabricação [μm]: te = as - ai = 0 - (-0,019) = 0,019 0 Indicação: 55 -19 EXEMPLO DE INTERPRETAÇÃO DO AJUSTE • Furo: 55 F7 – Qualidade de trabalho: IT 7 (preciso) – Dimensão nominal [mm]: D = 55 – Posição no campo de tolerância: F – Afastamento superior [μ]: As = 0,060 – Afastamento inferior [μ]: Ai = 0,030 – Dimensão máxima [mm]: Dmáx = D + As = 55 + 0,060 = 55,060 – Dimensão mínima [mm]: Dmín = D + Ai = 55 + 0,030 = 55,030 – Tolerância de fabricação [μm]: te = As - Ai = 0,060 – 0,030 = 0,030 • Resumo do ajuste 55 F7/h6: – Ajuste com folga. – Folga máxima [μ]: F = As - ai = 0,060 - (-0,019) = 0,079 – Folga mínima [μ]: f = Ai - as = 0,030 - 0 = 0,030 – Tolerância de funcionamento [μm]: T = F - f = 0,079 – 0,030 = 0,049 60 Indicação: 55 30 EXEMPLO DE INTERPRETAÇÃO DO AJUSTE EXEMPLO DE AJUSTES EXERCÍCIOS • Interpretar e descrever os seguintes ajustes: 01) 63 H7/j6 02) 120 D8/h7 03) 10 H9/e8 04) 120 H9/d8 05) 30 D9/h7 06) 115 F9/h8 07) 65 H8/m7 08) 110 J6/h5 09) 70 H6/f6 10) 100 M8/h8 11) 23 N7/h6 12) 80 J8/h8 13) 60 N8/m7 14) 170 H7/p6 15) 82 H6/p5 16) 73 H8/s6 17) 97 S7/h6 18) 100 H8/e7 TECNOLOGIA DE MEDIÇÃO DE PEÇAS • A Tecnologia de medição de Peças pode ser considerada sob dois enfoques: • Tecnologia para medição de superfícies geométricas: – Superfície geométrica pode ser definida como sendo toda e qualquer superfície cuja geometria pode ser representada por equações matemáticas definidas, sendo então de fácil descrição analítica. • Tecnologia para medição de superfícies livres: – Superfície livre pode ser definida como sendo toda e qualquer superfície cuja geometria não pode ser representada por equações matemáticas definidas, sendo então de difícil descrição analítica. TECNOLOGIA DE MEDIÇÃO DE PEÇAS • Essas superfícies podem ser medidas através de técnicas de medição com e sem contato; • No que diz respeito à análise geométrica dessas superfícies, duas metodologias são normalmente empregadas: comparação direta e indireta. PRINCÍPIOS DE MEDIÇÃO • Comparação Direta: • O princípio básico da comparação direta é verificar o desvio entre a superfície a ser analisada e uma superfície tida como padrão, através da medição das distâncias (folgas) existentes entre as duas quando sobrepostas; • A principal desvantagem de se usar superfícies padrão em medições geométricas é a incerteza de medição, que se torna fortemente dependente da habilidade do inspetor e da manutenção e calibração dos próprios padrões. PRINCÍPIOS DE MEDIÇÃO • Comparação Indireta: • Baseia-se na tecnologia de medição por coordenadas; • Nesse caso, as coordenadas de diversos pontos da superfície da peça são determinadas e os erros geométricos são definidos como sendo as diferenças entre os valores medidos e os valores de referência; • Como a posição e a magnitude dos erros são fornecidas explicitamente, sua incerteza de medição é geralmente menor que no caso da comparação direta. EQUIPAMENTOS PARA MEDIÇÃO DE PEÇAS 1) Gabaritos: • Os gabaritos são instrumentos de medição relativamente simples, confeccionados normalmente em aço, podendo ser fabricados pela própria empresa ou setor responsável (próprio mecânico/operador) pelo controle de determinado parâmetro da peça analisada. Dependendo da natureza e necessidade do trabalho a ser realizado, suas formas, tipos e tamanhos variam; • Os gabaritos podem ser comercialmente encontrados em formatos padronizados tais como: verificadores de raios, de ângulo fixo para ferramentas de corte, escantilhões para roscas (pente de rosca), calibrador de folga, compasso, pente de raio, entre outros; • Tratam-se de sistemas de inspeção atributivos, que não têm a capacidade de informar o valor do desvio em cada ponto dasuperfície controlada. EQUIPAMENTOS PARA MEDIÇÃO DE PEÇAS 2) Paquímetros: • São instrumentos utilizados para medir entre dois lados simetricamente opostos em um objeto; • O paquímetro é ajustado entre dois pontos, retirado do local e a medição é lida em sua régua, chamada de nônio ou vernier; • Nônio ou vernier é a escala de medição contida no cursor móvel do paquímetro, que permite uma precisão decimal de leitura através do alinhamento desta escala com uma medida da régua. EQUIPAMENTOS PARA MEDIÇÃO DE PEÇAS 3) Micrômetros: • É um instrumento de medição que visa a aferir as dimensões de um objeto (espessura, altura, largura, profundidade), e têm grande uso na indústria mecânica, medindo toda a espécie de objetos, como peças de máquinas; • O micrômetro funciona por um parafuso micrométrico e é muito mais preciso que o paquímetro, que funciona por deslizamento de uma haste sobre uma peça dentada e permite a leitura da espessura por meio de um nônio ou de um mecanismo semelhante ao de um relógio analógico. EQUIPAMENTOS PARA MEDIÇÃO DE PEÇAS • Alguns Tipos de Micrômetros: – Micrômetro Externo Digital TIPOS DE MICRÔMETROS • Micrômetro Externo com batente em “V”: • Micrômetro Externo para Engrenagens: • Micrômetro Externo com Relógio Comparador: • Micrômetro Externo Especial: TIPOS DE MICRÔMETROS • Micrômetro Digital com saída de dados para CEP: • Micrômetro para medição de rebordos de latas: • Micrômetro Interno: EQUIPAMENTOS PARA MEDIÇÃO DE PEÇAS 4) Graminhos ou traçadores de alturas: • Trata-se de um instrumento de medição semelhante ao paquímetro, porém realiza seu trabalho sobre um desempeno ou plano metrológico; • Esse instrumento é amplamente utilizado tanto em laboratórios de metrologia como nos setores de fabricação; • São empregados para medir, traçar peças, auxiliar na verificação de nivelamento, paralelismo, planeza e outros parâmetros. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE PEÇAS 5) Máquinas de Medição por Coordenadas (MMC): • Como um dos instrumentos metrológicos mais poderosos, as máquinas de medição por coordenadas são usadas extensamente na maioria das indústrias; • Há poucas peças cujas formas e/ou dimensões não podem ser medidas com uma MMC; • As melhorias na flexibilidade e na exatidão, acopladas com diminuições de tempo e custo das medições, justificam a rápida aceitação dessas máquinas na metrologia industrial. EQUIPAMENTOS DE DE MEDIÇÃO POR COORDENADAS • Na medição por coordenadas com contato, a informação sobre a geometria da peça é obtida apalpando a superfície em pontos de medição discretos e as coordenadas desses pontos são expressas num sistema de referência pré determinado; • Entretanto, não é possível avaliar os desvios geométricos da peça (por exemplo, desvios de diâmetro, de distância, de posição, de perfil, batimentos, entre outros) diretamente pelas coordenadas dos pontos medidos; • Esse é o modo mais freqüente quando se trata de superfícies de forma livre. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO POR COORDENADAS • Assim, pode-se identificar basicamente duas formas para avaliar, a partir dessas coordenadas, a qualidade geométrica da peça: • As coordenadas dos pontos medidos são usadas para estimar, através de um algoritmo de ajuste (por exemplo, mínimos quadrados), os parâmetros de elementos geométricos ideais, também chamados de elementos substitutos, tais como cilindros, planos, cones e assim por diante; • A avaliação de conformidade é realizada comparando esses parâmetros com as especificações de aplicação (por exemplo, tolerâncias de tamanho, posição, orientação, batimento, entre outros); • Os pontos medidos são posicionados com relação ao modelo CAD tridimensional da peça, usando algum critério matemático de ajuste; • A partir desse posicionamento podem ser determinados os desvios da superfície real com relação à superfície do modelo, realizando a avaliação de conformidade com as especificações. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO POR COORDENADAS • As máquinas de medição por coordenadas podem ser classificadas em dois tipos básicos, conforme a natureza dos movimentos entre partes móveis: • As que se baseiam em deslocamentos retilíneos mutuamente ortogonais, denominadas de máquinas “cartesianas”; • As que se baseiam em movimentos de rotação, denominadas de “braços articulados”. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO POR COORDENADAS CARTESIANAS • As MMCs modernas podem adquirir a informação sobre a superfície da peça de duas modalidades de apalpação diferentes: – Ponto a Ponto; – Por Varredura ou Scanning. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO POR COORDENADAS CARTESIANAS • Ponto a Ponto: – O apalpador se aproxima da superfície da peça numa direção que pode ser normal à superfície da mesma ou coincidir com um dos eixos coordenados da máquina, dependendo do modelo da MMC e do software de medição usado; – As coordenadas do ponto central do sensor esférico são adquiridas e posteriormente o apalpador se separa da peça, deslocando-se em busca do ponto seguinte; – As coordenadas do ponto de contato sensor e peça são obtidas por correção do raio do sensor esférico, a partir das coordenadas adquiridas do centro. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO POR COORDENADAS CARTESIANAS • Por Varredura ou Scanning: – O sensor permanece em contato com a superfície da peça e se desloca em uma direção pré- determinada; – Durante essa trajetória, as coordenadas do centro do sensor são adquiridas seqüencialmente; – Posteriormente, as coordenadas dos pontos de contato sensor-peça são obtidas por correção do raio do sensor na direção espacial apropriada. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO POR BRAÇOS ARTICULADOS • Os braços articulados de medição (BAMs) usam uma série de articulações compondo 5, 6 ou 7 graus de liberdade e medidores angulares de precisão (encoders) para determinar a posição de um apalpador no espaço tridimensional; • O posicionamento do apalpador na superfície da peça é feito manualmente e o volume de medição é esférico. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE PEÇAS 6) Máquinas de Medição Óticas: • As tecnologias baseadas em princípios ópticos de medição se caracterizam pela ausência de contato entre o instrumento de medição e o mensurando. • Há diversos sistemas ópticos disponíveis comercialmente para medição de peças de médio e grande porte; • Dentre essa soluções destacam-se os sistemas topogramétricos, denominados de “digitalização óptica” e os sistemas que operam pela técnica de fotogrametria. SISTEMAS TOPOGRAMÉTRICOS • Os sistemas topogramétricos operam pela combinação de três técnicas ópticas básicas: luz codificada, projeção de franjas com deslocamento de fase e fotogrametria; • A característica principal desses sistemas é sua capacidade de fornecer informação da superfície do objeto medido na forma de nuvens de pontos de até vários milhões de indivíduos; • Assim, um alto nível de detalhamento pode ser obtido. • No entanto, os sistemas topogramétricos conhecidos são complexos e caros, de limitada aptidão para operar em ambientes agressivos. SISTEMAS FOTOGRAMÉTRICOS • Uma das técnicas ópticas de medição ponto a ponto que crescentemente vem sendo difundida no meio industrial é a fotogrametria; • Essa técnica pode ser definida como sendo a ciência, e arte, de determinar o tamanho e a forma de objetos através análise de duas ou mais imagens bidimensionais gravadas em uma película ou em meios eletrônicos; • A ciência é importante, já que a fotogrametria aplica leis da matemática e da física,além do conhecimento técnico dos objetos a serem medidos; • Contudo, a componente artística não deve ser negligenciada: a capacidade de obter boas imagens é chave para o sucesso. SISTEMAS FOTOGRAMÉTRICOS • A fotografia é um processo de projeção do mundo tridimensional (3D) em imagens planas (2D); • A câmera é o dispositivo que faz esta transformação ou mapeamento de posições 3D em espaços 2D; • Infelizmente, não é possível mapear completamente o mundo tridimensional a partir de uma imagem bidimensional, uma vez que sempre se perde algum tipo de informação como, por exemplo, a profundidade. 2) FERRAMENTAS DE GEOMETRIA DEFINIDA O PROCESSO DE CORTE • Cinemática Geral dos Processos de Usinagem: – Os processos de usinagem necessitam de um movimento relativo entre peça e ferramenta. O PROCESSO DE CORTE • Cavaco: – Porção de material da peca retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma irregular. • Formação dos Cavacos: O PROCESSO DE CORTE • Fatores que influenciam na formação dos cavacos: O PROCESSO DE CORTE • Tipos Básicos de Cavaco: O PROCESSO DE CORTE • Tipos Básicos de Cavaco: O PROCESSO DE CORTE • Classificação dos Cavacos: O PROCESSO DE CORTE • Grandezas do processo de usinagem: – Velocidade de Corte (Vc): • Vc = f (material peca,material ferramenta, do processo (torneamento, fresamento, retificação), da operação (desbaste ou acabamento)) Vc = Π * d * n 1000 – Velocidade de Avanço (Vf) – Velocidade Efetiva de Corte (Ve) O PROCESSO DE CORTE • Velocidade de Corte (Vc): – Por definição, a velocidade de corte (Vc) é a velocidade circunferencial ou de rotação da peça; – Em cada rotação da peça a ser torneada, o seu perímetro passa uma vez pela aresta cortante da ferramenta; – A velocidade de corte é importantíssima no estabelecimento de uma boa usinabilidade do material (quebra de cavaco, grau de rugosidade e vida útil da ferramenta) e varia conforme o tipo de material; classe do inserto; – É uma grandeza numérica diretamente proporcional ao diâmetro da peça e à rotação do eixo-árvore. VELOCIDADE DE CORTE • Vc e um valor obtido experimentalmente; • Valor encontrado em tabelas; • Valores encontrados em tabelas também são função da vida da ferramenta; • As tabelas apresentam faixas de valores e podem variar de acordo com a fonte; • Vc ainda depende da máquina-ferramenta, da geometria da peca, do tipo de dispositivo de fixação e da experiência do operador ou programador. VELOCIDADE DE CORTE • Tabelas de velocidades de corte destinadas à usinagem seriada de grandes lotes são tabelas completas que levam em conta todos os fatores que permitem trabalhar com parâmetros muito perto dos valores ideais. EXEMPLO DE CÁLCULO DA VELOCIDADE DE CORTE • Exemplo 1: É necessário tornear um tarugo de aço SAE 1020, com diâmetro de 80 mm com ferramenta é de aço rápido. Deve- se determinar a rpm a ser utilizada. Dados do problema: Vc = 25m/min (dado encontrado na tabela) d = 80 mm n = ? Vc = Π * d * n 1.000 • n = Vc×1.000 n = 25 x 1.000 n = 25.000 d× Π 80 x 3,1416 251,2 n = 99,5 ou n = 100 rpm EXERCÍCIOS 1) É necessário tornear um tarugo de aço SAE 1045, com diâmetro de 150 mm com ferramenta é de carboneto metálico (metal duro). Deve-se determinar a rpm a ser utilizada para a operação de desbaste e acabamento. 2) É necessário tornear um tarugo de ferro fundido maleável, com diâmetro de 50 mm com ferramenta é de aço rápido. Deve-se determinar a rpm a ser utilizada para a operação de desbaste e acabamento. 3) É necessário tornear um tarugo de latão, com diâmetro de 250 mm com ferramenta é de metal duro. Deve-se determinar a rpm a ser utilizada para a operação de desbaste e acabamento. 4) É necessário tornear um tarugo de alumínio, com diâmetro de 300 mm com ferramenta é de metal duro. Deve-se determinar a rpm a ser utilizada para a operação de desbaste e acabamento. Calcule também a rpm se a ferramenta utilizada for de aço rápido. GEOMETRIA DA CUNHA DE CORTE • Para cada par material de ferramenta / material de peça têm uma geometria de corte apropriada ou ótima; • A geometria da ferramenta influência na: – Formação do cavaco; – Saída do cavaco; – Forças de corte; – Desgaste da ferramenta; – Qualidade final do trabalho. FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA • Material da ferramenta; • Material da peça; • Condições de corte; • Tipo de operação; • Geometria da peça. GEOMETRIA DA CUNHA DE CORTE PARA TORNEAR GEOMETRIA DA FERRAMENTA PARA TORNEAR INFLUÊNCIAS DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA PARA TORNEAR INFLUÊNCIAS DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA PARA TORNEAR INFLUÊNCIAS DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA PARA TORNEAR INFLUÊNCIAS DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA PARA TORNEAR INFLUÊNCIAS DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA PARA TORNEAR GEOMETRIA DA CUNHA DE CORTE PARA FURAR FERRAMENTAS PARA FRESAR GEOMETRIA DA CUNHA DE CORTE PARA FRESAR SOLICITAÇÕES NA CUNHA DE CORTE • Consequência dos esforços na ferramenta: CONSEQUÊNCIA DOS ESFORÇOS NA FERRAMENTA FORÇAS DE USINAGEM FORÇAS NA FURAÇÃO FORÇAS NO FRESAMENTO FORÇA E POTÊNCIA DE CORTE FORÇA DE CORTE (Fc) • É o principal fator no calculo da potencia necessária a usinagem; • Depende principalmente: – Material a ser usinado; – Das condições efetivas de usinagem; – Seção de usinagem; – Do processo. • Equação Fundamental da Força de Corte (N/mm2): – A equação fundamental da forca de corte também denominada de equação Kienzle permite relacionar as constantes do processo de usinagem com o material a ser usinado: FORÇA ESPECÍFICA DE CORTE (Kc) • Forca Específica de Corte (Kc): fatores de influencia e considerações: – Unidade: N/mm2 – Kc : fator puramente matemático; – Influenciado basicamente pelo material, em especial a resistência e elementos de liga; – Influenciado pela geometria da ferramenta; – Kc1.1 representa o valor da forca específica para um cavaco com área de 1 mm2 (b=1 mm, h=1mm); – Para cada grupo de materiais existe um valor de forca específica de corte Kc. FORÇA DE CORTE • O principal valor da forca especifica de corte Kc1.1 e o coeficiente m da tangente do angulo de inclinação ζ dependem do material e são determinados por meio de ensaios experimentais. TABELA DE VALORES DE Kc E Kc1.1 TABELA DE VALORES DE Kc E Kc1.1 TABELA DE VALORES DE Kc E Kc1.1 FATORES QUE INFLUENCIAM NA FORÇA DE CORTE • Velocidade de Corte: – Na ordem de 100 m/min a forca de corte sofre decréscimos mínimos com o aumento da velocidade de corte; – Na faixa abaixo de 100 m/min o aumento da forca de corte depende principalmente das características do material. FATORES QUE INFLUENCIAM NAS FORÇA DE CORTE • Avanço: – O avanço e/ou a espessura de corte h exercem a uma das principais influencias sobre a forca de corte. FATORES QUE INFLUENCIAM NAS FORÇA DE CORTE • Profundidade de Corte (ap): – Com o aumento da profundidade de corte a força de corte aumenta proporcionalmente. Dependendo do avanço selecionado o coeficiente angular da linha se alterando a inclinaçãoda mesma. FATORES QUE INFLUENCIAM NAS FORÇA DE CORTE • Material: – Quando diferentes tipos de materiais são usinados com parâmetros constantes as forcas de corte resultantes são diferentes, e dependem das propriedades dos materiais; – Como aproximação inicial pode-se assumir que com o aumento da tensão de ruptura ou a dureza a forca de corte aumenta. FATORES QUE INFLUENCIAM NAS FORÇA DE CORTE • Material da Ferramenta: – A escolha do material da ferramenta adequado e um dos fatores decisivos que influenciam na forcas de corte; – Estas condições se aplicam a materiais ferrosos. FATORES QUE INFLUENCIAM NAS FORÇA DE CORTE • Fluido de Corte: – O uso de fluidos de corte (lubrificantes ou refrigerantes) pode reduzir as forças de corte quando comparado com a usinagem a seco. FATORES QUE INFLUENCIAM NAS FORÇA DE CORTE • Relação de Corte (G): – De forma geral uma relação G entre 2 e 10 para desbaste e de G entre 10 e 20 para acabamento; – A influencia da relação de corte não tão forte quanto a influencia do avanço ou da profundidade de corte; – Uma baixa relação e mais favorável com relação as forcas; – Uma relação G maior e mais favorável em termos de maior vida da ferramenta. POTÊNCIA DE CORTE (Pc) • A potência de corte (Pc) diretamente necessária na ferramenta e determinada por: Pc = Fc . Vc 60.000 Onde: Pc = potência de corte (KW) Fc = força de corte (N) Vc = velocidade de corte (m/min) TAXA DE REMOÇÃO DE MATERIAL • A Taxa de remoção de material Q mede a produtividade em termos da quantidade de material removido pela maquina-ferramenta em período específico de tempo ou volume específico de material removido. Q = A . Vc Onde: Q = volume removido no tempo (cm3/min) A = seção de usinagem (mm2) Vc = velocidade de corte (m/min) b = largura de usinagem (mm) h = espessura de usinagem (mm) A = b . h EXEMPLO DE CÁLCULO 1. Tem-se um processo de usinagem de um tarugo de aço DIN GG20, de 150 mm de comprimento e diâmetro de 80 mm, com ferramenta de aço rápido. Sabendo-se que a espessura de usinagem é de 1,0 mm e a superfície de contato entre a ferramenta e a peça é de 1,8 mm, calcular a Força de Corte (Fc), a Taxa de Remoção de Material (Q) e a Potência de Corte (Pc). Vc = 40 m/min (tabela) Kc = 907 N/mm 2 (tabela) Fc = b. h . Kc Fc = 1,8 . 1 . 907 Fc = 1632,6 N Q = b . h . Vc Q = 1,8 . 1,0 . 40 Q = 72 cm3/min Pc = Fc . Vc/ 60.000 Pc = 1632,6 . 40 / 60.000 Pc = 1,09 KW EXERCÍCIOS 1. Tem-se um processo de usinagem de um tarugo de aço DIN GG40, de 210 mm de comprimento e diâmetro de 50 mm, com ferramenta de metal duro. Sabendo-se que a espessura de usinagem é de 1,2 mm e a superfície de contato entre a ferramenta e a peça é de 3,2 mm, calcular a Força de Corte (Fc), a Taxa de Remoção de Material (Q) e a Potência de Corte (Pc). 2. Tem-se um processo de usinagem de um tarugo de aço DIN C45, de 340 mm de comprimento e diâmetro de 120 mm, com ferramenta de metal duro. Sabendo-se que a espessura de usinagem é de 2,5 mm e a superfície de contato entre a ferramenta e a peça é de 5,5 mm, calcular a Força de Corte (Fc), a Taxa de Remoção de Material (Q) e a Potência de Corte (Pc). 3. Tem-se um processo de usinagem de um tarugo de aço DIN C15, de 200 mm de comprimento e diâmetro de 65 mm, com ferramenta de metal duro. Sabendo-se que a espessura de usinagem é de 0,4 mm e a superfície de contato entre a ferramenta e a peça é de 2,5 mm, calcular a Força de Corte (Fc), a Taxa de Remoção de Material (Q) e a Potência de Corte (Pc). DESGASTE EM FERRAMENTAS DE USINAGEM • O desgaste é uma consequência natural do processo de usinagem sobre as ferramentas de geometria definida e não definida; • Movimento relativo entre cavaco e ferramenta, o atrito, as forças e a temperatura levam ao desgaste da ferramenta; • O desgaste pode ser observado na superfície de saída, nas superfícies principais e secundária, na ponta e nas arestas de corte. DESGASTE EM FERRAMENTAS DE USINAGEM DESGASTE EM FERRAMENTAS DE USINAGEM DESGASTE EM FERRAMENTAS DE USINAGEM DESGASTE EM FERRAMENTAS DE USINAGEM DESGASTE EM FERRAMENTAS DE USINAGEM • Lascamento do Gume: – Forcas de corte excessivas; – Corte interrompido; – Material da peca com inclusões duras. FLUIDOS DE CORTE • Conceito: fluidos de corte são aqueles líquidos e gases aplicados na ferramenta e no material que está sendo usinado a fim de facilitar a operação de corte; • Funções e Finalidades dos fluidos de corte: – Refrigerar a região de corte; – Lubrificar as superfícies em atrito; – Arrastar o cavaco da área de corte; – Proteger a ferramenta, a peça e a máquina contra oxidação e corrosão. FLUIDOS DE CORTE • Conceito: fluidos de corte são aqueles líquidos e gases aplicados na ferramenta e no material que está sendo usinado a fim de facilitar a operação de corte; • Funções e Finalidades dos Fluidos de Corte: – Refrigerar a região de corte; – Lubrificar as superfícies em atrito; – Arrastar o cavaco da área de corte; – Proteger a ferramenta, a peça e a máquina contra oxidação e corrosão. FLUIDOS DE CORTE FUNÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE • Redução de força e potência necessárias ao corte; • Redução do consumo de energia; • Diminuição da temperatura da peça e da ferramenta de trabalho; • Desobstrução da região de corte; • Aumento da vida da ferramenta; • Eliminação do gume postiço; • Melhor acabamento da superfície usinada. BENEFÍCIOS DOS FLUIDOS DE CORTE CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE • Fatores influenciam na escolha: – Material; – Economia; – Prazo; – Baixa geração de espuma; – Fácil descarte; – Não agredir o meio ambiente; – Não dissolver a pintura ou corroer partes da máquina; – Não agredir a saúde e garantir a segurança do operador. OBSERVAÇÕES SOBRE O MATERIAL DA PEÇA • Magnésio: Nunca deve-se usar fluido à base de água, pois há risco de ignição; • Ferro Fundido: Cinzento e o Maleável geralmente usinagem a seco; • Alumínio: Geralmente a seco ou com refrigeração para controlar dilatação térmica, em combinações de Al+ Zn não deve-se usar soluções, pois há risco de incêndio; • Aço: admite todos os tipos de fluidos de corte. CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE • Classificação segundo a norma DIN 51385: • Não miscíveis em água ou óleos de corte: – Óleos integrais ou minerais; – Óleo solúvel; – Semi sintéticos; – Sintético. • Miscíveis em água ou emulsões. TIPOS DE FLUIDOS DE CORTE • Soluções (fluidos sintéticos): as soluções são misturadas de água e produtos orgânicos e inorgânicos especiais que lhe conferem propriedades para seu uso como fluido de corte. As soluções não contém óleo na sua composição; • Emulsões (óleos solúveis e fluidos semi-sintéticos): a denominação “óleo solúvel” é imprópria porque o óleo não está solubilizado na água, mas sim disperso por causa do emulsificador; • Gases e névoas: os fluidos gasosos, com sua menor viscosidade, são mais eficientes na capacidade de penetrar até a zona ativa da ferramenta. Outros gases como o argônio, hélio, nitrogênio e dióxido de carbono também são utilizados em casos especiais para refrigeração e proteção contra a oxidação, pois seu custo é elevado. TENDÊNCIAS DOS FLUIDOS DE CORTE FERRAMENTAS DE CORTE • Requisitos dos materiais para ferramentas de corte: – Resistência a compressão;– Dureza; – Resistência a flexão e tenacidade; – Resistência do gume; – Resistência interna de ligação; – Resistência a quente; – Resistência a oxidação; – Pequena tendência a fusão e caldeamento; – Resistência a abrasão; – Condutibilidade térmica, calor específico e expansão térmica. Nenhum material de ferramenta possui todas estas Características CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS DAS FERRAMENTAS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS DE FERRAMENTAS EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS DE FERRAMENTAS FUNÇÃO DOS REVESTIMENTOS • Proteção do material de base da ferramenta; • Redução de atrito na interface cavaco/ferramenta; • Aumento da dureza na interface cavaco/ferramenta; • Condução rápida de calor para longe da região de corte; • Isolamento térmico do material de base da ferramentas. TIPOS DE FERRAMENTAS DE CORTE • Ferramentas Integrais: TIPOS DE FERRAMENTAS DE CORTE • Ferramentas com Insertos Intercambiáveis: GEOMETRIA DOS INSERTOS • A geometria da peca, suas tolerâncias, seu material e qualidade superficial definem o formato do inserto; • Há seis formas comuns, com benefícios e limitações, em relação a resistência a tensão: USINAGEM DE MADEIRAS • O objetivo de usinar a madeira não é somente cortá-la, mas produzir uma forma desejada quanto às dimensões e à qualidade da superfície, tão exato e econômico quanto possível; • Os principais defeitos no processo de usinagem da madeira estão ligados a quatro fontes básicas, sendo: – Variações das propriedades da madeira; – Condições das máquinas: relacionado diretamente ao desgastes dos componentes das máquinas que alteram o seu funcionamento. Os principais aspectos a serem considerados são a manutenção, o balanceamento e o alinhamento do eixo porta ferramentas; – Ferramentas de corte: relacionado ao estado de conservação do gume de corte e a escolha da ferramenta mais adequada; – Treinamento do operador: a regulagem e o ajuste correto das máquinas é função do grau de conhecimento do operador sobre todas as regulagens existentes que afetam diretamente a qualidade da superfície usinada.
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