Cruz-PNTU

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA 
 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
LABORATÓRIO DE USINAGEM NÃO TRADICIONAL 
 
 
 
INTRODUÇÃO À USINAGEM NÃO TRADICIONAL 
 
Um Texto para Cursos de Graduação em Engenharia 
 Claudionor Cruz 
 Evaldo Malaquias da Silva 
 Luciano Antônio Fernandes 
Uberlândia, Maio de 1999 
INTRODUÇÃO À USINAGEM NÃO TRADICIONAL 
Um Texto para Cursos de Graduação em Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
Trata-se da segunda versão de um texto sobre Usinagem Não Tradicional para ser usado 
por alunos de cursos de graduação em Engenharia Mecânica, em especial para os da disciplina 
Processos Especiais de Fabricação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal 
de Uberlândia (UFU). 
O trabalho consta de quatro capítulos. No primeiro, apresentam-se os principais processos 
de usinagem de forma genérica com as respectivas aplicações mais características. Nos outros, 
são apresentados, respectivamente, estudos específicos dos processos EDM (usinagem por 
descargas elétricas), ECM (usinagem eletroquímica) e USM (usinagem por ultrasom) cujos 
equipamentos encontram-se disponíveis nos laboratórios de Usinagem Não Tradicional (UÑT) e 
de Tribologia e Materiais (LTM) da UFU. 
A seleção desses três processos, em meio a tantos outros, deve-se não apenas ao fato de 
serem processos já bastante empregados na indústria mas também ao fato de poderem ser 
realizadas aulas práticas com os equipamentos disponíveis nos laboratórios acima mencionados. 
Em cada capítulo específico são apresentados, além de uma breve introdução, os 
princípios, os principais parâmetros, outras características importantes do processo, os 
equipamentos e os experimentos em laboratório usados como aulas práticas na disciplina 
Processos Especiais de Fabricação do curso de graduação em engenharia mecânica da UFU. 
 Como se trata de material didático para cursos de graduação, o tema não foi tratado em 
profundidade visto que este seria o primeiro contato do aluno com tais tecnologias ainda pouco 
conhecidas. No entanto, para os interessados em mais detalhes ou para alunos de pós-graduação, 
foi incluída uma bibliografia sobre cada capítulo. 
Várias pessoas contribuíram direta ou indiretamente com o trabalho, em especial o 
mestrando Luciano Antônio Fernandes que redigiu o capítulo 2 sobre usinagem por descargas 
elétricas e o doutorando Evaldo Malaquias da Silva que redigiu o capítulo 3 sobre usinagem 
eletroquímica. 
Espera-se que este trabalho seja melhorado a cada nova edição. Por isso, todas as críticas e 
sugestões neste sentido serão bem vindas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Claudionor Cruz 
 
 
 
INTRODUÇÃO À USINAGEM NÃO TRADICIONAL 
 
 
 
Sumário 
 
 
1. Introdução aos Processos Não Tradicionais de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
 
 1.1 Questões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 
 1.2 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 
 
 
2. Usinagem por Descargas Elétricas - EDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 
 
 2.1 Princípios do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 
 2.2 Principais parâmetros do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 
 2.3 Outras características importantes do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 
2.4 Equipamentos de usinagem por descargas elétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 
2.5 Experimentos em laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 
2.6 Questões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 
2.7 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 
 
 
3. Usinagem Eletroquímica - ECM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 
 
 3.1 Princípios do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 
 3.2 Principais parâmetros do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 
 3.3 Outras características importantes do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 
3.4 Equipamentos de usinagem eletroquímica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 
3.5 Experimentos em laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
3.6 Questões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 
3.7 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 
 
 
4. Usinagem por Ultrasom - USM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 
 
 4.1 Princípios do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 
 4.2 Principais parâmetros do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 
 4.3 Outras características importantes do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 
4.4 Equipamentos de usinagem por ultrasom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 
4.5 Experimentos em laboratório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 
4.6 Questões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 
4.7 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 
 
 
 1
1 - INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS NÃO TRADICIONAIS DE USINAGEM 
 
 
 Conforme é de conhecimento geral, a usinagem é a tecnologia que se ocupa do 
arrancamento controlado de material de um peça em bruto1 com o objetivo de produzir 
peças com formas e características superficiais predeterminadas. Desde há muito tempo, 
todos os processos de usinagem usavam o contato físico entre a ferramenta e a peça para o 
arrancamento de cavacos utilizando basicamente dois mecanismos: o do cisalhamento 
(casos do torneamento, fresamento, furação...) e a da abrasão (no caso da família dos 
processos abrasivos). Apesar de todo o avanço tecnológico ocorrido mormente nas últimas 
décadas, esses processos têm sérias limitações principalmente em casos de utilização de 
materiais duros e quando se deseja a obtenção de formas complexas. 
 Por outro lado, a necessidade humana obrigou a pesquisa a desenvolver novos 
materiais normalmente de difícil usinagem por esses processos tradicionais. Surgiram 
novos aços-liga, as superligas, as cerâmicas finas, os compósitos, entre outros, que 
passaram a exigir novos processos especiais de fabricação.Paralelamente, novas 
geometrias e formas crescentemente mais complexas e diminutas foram sendo exigidas 
pelo mercado. Com isso, mais um motivo passou a existir para que novos processos fossem 
desenvolvidos. A Figura 1.1 apresenta os principais motivos que inspiraram o 
desenvolvimento dos assim chamados processos não tradicionais de usinagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 Necessidades que motivaram a criação e evolução 
 dos Processos Não Tradicionais de Usinagem. 
 
 
 
 
 
 
1 Em geral obtida por processos de conformação como forjamento, fundição, laminação, entre outros. 
 
PROCESSOS 
NÃO 
TRADICIONAIS 
DE 
USINAGEM
Novos 
Materiais
Formas Complexas
Superfícies de 
Qualidade 
Miniaturização
 2
O que difere fundamentalmente os processos não tradicionais dos ditos tradicionais, 
além da época em que apareceram2, são as formas de energia empregadas e os 
mecanismos de retirada de material da peça. Como se pode notar pelo diagrama da Figura 
1.2, onde os principais processos de usinagem são apresentados, os processos diferem-se 
quanto à natureza da energia empregada, ao mecanismo de ação e, consequentemente, 
quanto às aplicações práticas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2. Principais processos de usinagem discriminados pela natureza de energia empregada, 
mecanismos de ação e aplicações. 
 
 
2 Os processos não tradicionais de usinagem foram introduzidos na indústria após a 2a. Guerra 
Mundial enquanto que alguns tradicionais datam de antes da revolução industrial. 
 
Natureza da 
Energia Mecanismo 
Ferramenta Processo Aplicações 
Mecânica 
Cisalhamento 
abrasão 
Erosão 
Geometria 
definida PTU 
Operações diversas. 
materiais de fácil 
usinagem. 
Partículas em 
alta velocidade 
AJM Corte, Furação,
Limpeza 
WJM Abrasão e 
Erosão 
Ferramenta 
vibratória e 
abrasivos USM
Materiais 
frágeis, condutores
ou não. 
Eletroquímica Corrosão 
eletroquímica 
Eletrodo-ferramenta 
e íons dissociados. ECM
Materiais 
condutores 
de difícil 
usinagem. 
Química Corrosão 
química 
Reagente 
(Etching) 
CHM Usinagem de 
peças 
delicadas 
Térmica Fusão 
Vaporização 
Descargas 
elétricas 
EDM
Bombardeio
de Elétrons EBM Micro- 
usinagem 
nagemLuz intensa LBM
Corte 
Plasma
PBM Bombardeio
 de Íons IBM
PTU → Processos Tradicionais de Usinagem 
AJM → Abrasive Jet Machining 
WJM → Water Jet Machining 
USM → Ultrasonic Machining 
ECM → Electrochemical Machining 
CHM → Chemical Machining 
EDM → Electrodischarge Machining 
EBM → Electron Beam Machining 
LBM → Laser Beam Machining 
PBM → Plasma Beam Machining 
IBM → Ion Beam Machining 
 3
Cada processo tem seu nicho no moderno mundo da usinagem e dificilmente 
concorrem entre si. Para fazer um competente uso de cada processo, é necessário que se 
conheça detalhadamente a natureza da usinagem que se pretende realizar. Deve ser levado 
em conta que: 
• Os processos não tradicionais não devem competir, via de regra, com os processos tradicionais; 
 
• Um particular processo adequado a uma situação particular pode não ser igualmente eficiente 
sob outras condições. 
 
Em virtude deste segundo aspecto, ultimamente tem sido desenvolvidos outros 
processos, geralmente por combinação com os processos não tradicionais básicos da Figura 
1.2. Desta forma, desenvolveram-se, por exemplo, os processos AWJM (Abrasive Water Jet 
Machining), ECG (Electrochemical Grinding), EDG (Electrodischarge Grinding), LAU (Laser 
Assisted Ultrasonic), LAG (Laser Assisted Grinding), PCHM (Photochemical Machining), e muitos 
outros, ainda em fase de laboratório, que estão por surgir. 
Para bem selecionar um processo, é preciso levar em conta o que a pesquisa e 
experiência prática já concluiu para cada um deles em termos dos seguintes aspectos: 
• Materiais a serem usinados; 
 
• Forma da peça ( ou operações mais indicadas para o processo); 
 
• Capabilidade do Processo: Taxa de Remoção do Material (TRM), Tolerância Dimensional, 
 Acabamento Superficial e Zona Afetada pelo Calor (ZAC); 
 
• Considerações Econômicas. 
 
As Tabelas 1.1 a 1.4 apresentadas a seguir servem para uma abordagem preliminar 
com vistas à seleção do melhor processo. Analisando-se as referidas tabelas, nota-se que 
cada processo responde diferentemente a cada situação. Por exemplo, a Tabela 1.1 indica 
para usinagem de vidro, os processos USM e AJM. No entanto, conforme Tabela 1.2, o 
AJM seria mais indicado para corte enquanto que o USM seria mais apropriado para a 
produção de cavidades. 
Embora as tabelas em questão sejam válidas para as décadas de 70 e 80, sabe-se que 
houve uma extraordinária evolução na década de 90 e é possível que algumas posições do 
ranking tenha se modificado. Por exemplo, sabe-se que o USM diminuiu muito de preço, o 
mesmo acontecendo com o EDM. Talvez estejam no nível A ao lado do PBM. 
Seguramente, os valores da TRM e das tolerância dimensionais melhoraram muito na 
última década, em função de incorporação de novas tecnologias que melhoraram muito o 
desempenho das máquinas. Assim sendo, o uso de controle adaptativo melhorou muito o 
EDM, enquanto que o uso de mancais aerostáticos possibilitou o desenvolvimento do RUM 
[Rotary Ultrasonic Machining], uma variante do USM muito mais produtivo. 
Se o custo do ferramental é um dos problemas da ECM (onde curiosamente é o único 
em que a ferramenta não se desgasta), devido à complexidade da mesma, espera-se que 
num futuro bem próximo este problema seja sobrepujado com o uso do CNC em ECM em 
que a ferramenta se tornará apenas uma esfera de pequenas dimensões. 
Conforme pode-se observar da bibliografia, carece-se de um texto mais recente sobre 
os processos não tradicionais. Quando este surgir fatalmente serão em muito maior número, 
com muitos processos híbridos que normalmente melhoram significativamente os processo 
básicos. 
 4
Tabela 1. 1 - Ranking dos processos em relação aos materiais. 
 
 
 usinando diferentes materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A = Ótima; B = Boa; C = Fraca; D = Não Aplicável *Vale também para WJM 
 
 
 Tabela 1. 2 - Ranking dos processos com relação a várias operações 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A = Ótima; B = Boa; C = Fraca; D = Não Aplicável *Vale também para WJM 
 
 Processo Material 
 
 Alumínio Aço Superligas Titânio Refratários Plásticos Cerâmica Vidro 
 
 
 USM C B C B A B A A 
 
 AJM* B B A B A B A A 
 
 ECM B A A B B D D D 
 
 CHM A A B B C C C B 
 
 EDM B A A A A D D D 
 
 EBM B B B B A B A B 
 
 LBM B B B B C B A B 
 
 PBM A A A B C C D D 
 
 
 Processo Furos Cavidades Contorneamento Corte 
 
 Precisos Normais Precisas Normais Finos Grossosφ< 0.025 L/φ< 20 
 φ> 0.025 L/φ> 20 
 
 USM - - A C A A C C - 
 
 AJM* - - B C C B - A - 
 
 ECM - - A A B A B - - 
 
 CHM B B - - C B - A - 
 
 EDM - - A B A A A A B 
 
 LBM A A B C C C - A B 
 
 PBM - - B C C C - A A 
 
 EBM A A A B C C B A B 
 5
Tabela 1. 3 - Capabilidade dos processos 
 
 
 A = Ótima; B = Boa; C = Fraca; D = Não Aplicável 
 *Vale também para WJM 
 
 
Tabela 1.4 - Aspectos econômicos dos processos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A = Ótima; B = Boa; C = Fraca; D = Ruím; E=Pior *Vale também para WJM 
 
 
1.1 Questões 
 
1. Que necessidades levaram à criação dos processos não tradicionais de usinagem? Citar 
exemplos. 
 
2. Que novas tecnologias fizeram evoluir significativamente tais processos nas duas 
últimas décadas? 
 
3. O que se pode dizer sobre os custos dos equipamentos de usinagem não tradicional em 
relação aos equipamentos tradicionais? 
 
 Processo TRM Tolerância Rugosidade ZAC 
 (mm3/min) (µm) ( Ra, µm) ( µm) 
 
 
 USM 300 7.5 0.2-0.5 25 
 AJM* 0.8 50 0.5-1.2 25 
 ECM 1500 50 0.1-2.5 5 
 CHM 15 50 0.4-2.5 50 
 EDM 800 15 0.2-12.5 125 
 LBM 1.6 25 0.4-2.5 250 
 EBM 0.1 25 0.4-1.25 125 
 PBM 75000 125 Rugoso 500 
 PTU 50000 50 0.4-5.0 25 
 Processo Investimento Ferramental Potência Eficiência Consumo de 
 de Capital Ferramentas 
 
 
 USM B B B D C 
 AJM* A B B D B 
 ECM E C C B A 
 CHM B B C C A 
 EDM B A B D D 
 EBM D B B E A 
 LBM C B A E A 
 PBM A B A A A 
 PTU B B B A B 
 
 6
4. O que são processos híbridos? Citar exemplos. 
 
5. Qual ou quais os processos para a produção de microfuros em cerâmicas? 
 
6. Qual o melhor processo para produzir cavidades precisas em vidro? 
 
7. Qual o processo que produz o melhor acabamento com menor ZAC? 
 
8. A grosso modo, como funcionam os processos WJM, CHM e LBM? 
 
9. Quais as principais aplicações dos processos acima citados? 
 
 
1.2 Bibliografia 
 
1. Pandey,P.C., Shan, H.S., Modern Machining Processes, Tata McGraw-Hill, New 
Delhi, 3a. Ed. , 1985. 
 
2. Marty, C., Usinages par Procédés non Conventionnels, Masson Ed., Paris, 1971. 
 
3. Weller, E. J.(Editor), Nontraditional Machining Processes, Society of Manufacturing 
Engineers (SME), 2 ed., Dearborn, MI,. 1984. 
 
4. McGeough, J. A., Advanced Methods of Machining, Chapman and Hall, London, 
1988. 
 
5. Benedict, G. F., Nontraditional Machining Processes, Marcel Dekker New York, 1987. 
 
6. Cruz, C., Há Inúmeras Maneiras Não Tradicionais de Usinar Metais: Conheça 
Algumas., Revista Máquinas & Metais, Aranda Editora, São Paulo, Maio, 1995, 
pag.80 - 89. 
 7
 
2 - USINAGEM POR DESCARGAS ELÉTRICAS - EDM 
 
 
 A usinagem por descargas elétricas, ou eletroerosão, ou ainda, EDM3 como é mais 
conhecido, é dentre todos os processos não tradicionais de usinagem, aquele que primeiro se 
popularizou. A EDM é um processo que permite a usinagem de furos, ranhuras e superfícies, nas 
formas mais complexas, em materiais condutores elétricos, especialmente aqueles que 
apresentam alta dureza, que seriam impossíveis de serem fabricados pelos processos tradicionais 
de usinagem. Na Figura 2.1 são ilustradas várias operações possíveis com o processo, apenas 
com a utilização de diferentes movimentos do porta-ferramenta e da mesa. Na referida figura 
pode-se observar também a possibilidade de serem utilizados vários tipos de ferramentas, e 
vários tipos de movimento da ferramenta, tanto no eixo horizontal como no eixo vertical. 
 
 
Figura 2.1 - Operações realizadas por EDM. 
 
3 EDM – Electrical Discharge Machining, em alusão à sigla inglesa internacionalmente consagrada. 
1 – Ferramenta 
 (Eletrodo) 
 
 2 – Peça 
 
 3 – Avanço da 
 ferramenta 
 ou mesa 
1 1 1
1 1
1 
2 
2 2 
2 
3 3 3 
3 
3 
3 
2 
2 
 8
 
As maiores aplicações do processo estão na fabricação de matrizes para estampagem, 
forjamento, extrusão, fieiras para trefilação, moldes de injeção de plástico, e mesmo na afiação 
de ferramentas ultra duras (CBN e PCD) para atender aos processos tradicionais de usinagem ou 
para o setor de ferramentaria em geral. 
A EDM viabiliza a usinagem de peças com prévio tratamento térmico, com o que evita os 
desvios de forma ou empenamentos que estes tratamentos normalmente produzem. Apesar do 
processo de remoção de material ser de natureza térmica, a EDM é um processo relativamente 
“frio”, a nível macroscópico, pois a geração de calor fica restrita às regiões micrométricas muito 
localizadas. Outro benefício adicional é que, por não haver contato entre a ferramenta (eletrodo) 
e a peça, não há geração de forças de corte. Este é um recurso valioso para usinagem de peças 
extremamente frágeis sem nenhum risco de fratura. A Figura 2.2 mostra esquematicamente as 
partes constitutivas do equipamento EDM por penetração. 
 
 
Figura 2.2 - Esquema dos elementos constitutivos de um equipamento EDM. 
 
Pelo referido esquema, vê-se que a ferramenta é colocada próxima à peça a ser usinada, 
sendo separada desta por uma distância muito pequena denominada de gap que é preenchido por 
um fluido dito dielétrico, bombeado e filtrado de um reservatório à região de usinagem. As 
descargas elétricas que ocorrem entre a ferramenta e a peça e que são as responsáveis pela 
usinagem, conforme será visto no item seguinte, surge da elevada voltagem da fonte de energia 
elétrica acoplada ao equipamento. Normalmente a peça é ligada ao polo positivo e a ferramenta 
ao polo negativo da referida fonte. O avanço da ferramenta em direção à peça é controlado por 
um servo-mecanismo que atua no sentido de manter o gap constante com o que, torna possível a 
execução de furos e outras formas geométricas desejadas. 
MANÔMETRO 
DIELÉTRICO 
VOLTÍMETRO
FERRAMENTA 
FILTRO BOMBA 
ALTA PRESSÃO 
ROTÂMETRO 
 
RESERVATÓRIO 
AMPERÍMETRO 
CONTROLE DE 
FREQUÊNCIA 
FONTE DE 
CORRENTE 
CONTÍNUA 
RESERVATÓRIO DE 
DECANTAÇÃO 
BOMBA
PEÇA CUBA 
SERVO MECANISMO 
DE AVANÇO DA 
FERRAMENTA 
 9
 
2.1 Princípios do processo 
 
O principio fundamental é a remoção do material pelo efeito térmico das descargas 
provocadas pela abertura de arco de plasma ou seja, pela ionização do dielétrico. 
O calor de cada descarga funde e mesmo vaporiza partes micrométricas dos materiais 
mais próximos à região do gap, ou seja, da peça e da própria ferramenta. Com isso, tem-se que, 
como na maioria dos processos de usinagem, neste também a ferramenta se desgasta. 
No entanto, como geralmente a peça está ligada ao polo positivo, anodo,ela recebe os 
impactos dos elétrons, ao passo que a ferramenta, ligada ao polo negativo, catodo, recebe os 
impactos dos íons positivos, mais pesados que os elétrons. Porém, os íons positivos tem muito 
menos energia cinética que os elétrons por serem muito menos velozes com o que transferem 
uma energia de impacto muito menor à ferramenta. Desta forma, muito menos calor é gerado na 
ferramenta e consequentemente menor a remoção de material da mesma. Uma visualização do 
referido acima é apresentado na Figura 2.3. Na referida figura estão esquematizados os detalhes 
da seqüência dos vários momentos dentro de um pulso elétrico, cuja duração está na faixa de 
alguns microsegundos a alguns milisegundos. Nesta fração de tempo, ocorre a abertura do arco 
elétrico, a formação do canal de plasma, o fechamento do arco e a implosão de partículas 
retiradas principalmente da peça. Aliás, o fechamento do arco é o responsável na geração da 
referida implosão tão importante no processo EDM na retirada de partículas do par ferramenta-
peça. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.3 - Princípio de funcionamento do processo EDM. 
 
 
No processo, a faísca prefere a menor distância entre a ferramenta e a peça. Por isso é 
necessário o controle da voltagem no gap através da fonte, a qual gera sinal para o servo-
mecanismo avançar de maneira automática a ferramenta em direção a peça, gerando com isso, a 
forma negativa da ferramenta na peça usinada. Para que seja possível o controle desta energia 
elétrica sob forma de arco voltaico, é preciso que as descargas sejam pulsadas, pois se o arco 
fosse continuo, o arrefecimento, e consequentemente a fusão e vaporização da peça, seria 
desordenado. Neste contexto, o dielétrico tem um papel fundamental no processo, por controlar a 
potência de abertura da descarga. O dielétrico, que pode ser o querosene, a água desionizada ou 
modernos fluidos hidrocarbonetos aditivados derivados de petróleo (os chamados óleos 
dielétricos para eletroerosão), exercem duas outras importantes funções no processo: promovem 
a lavagem da interface ferramenta-peça (gap), arrastando para fora as partículas erodidas e 
auxiliam no arrefecimento do sistema, nas vizinhanças das descargas. 
Detalhes 
 10
 
2.2 Principais parâmetros do processo 
 
Além da TRM e do acabamento superficial (AS), que normalmente são os principais 
parâmetros de avaliação de qualquer processo de usinagem, outro parâmetro torna-se 
importante em EDM: a Relação de Desgaste (RD) definida como a relação entre o volume de 
material removido da peça e o volume de material removido da ferramenta. 
Um processo EDM, via de regra, é tão melhor quanto maiores forem a TRM e a RD e 
quanto menores forem os valores da rugosidade. Entretanto, estes parâmetros de avaliação são 
influenciados por alguns parâmetros do processo, entre os quais o material da peça, o 
material da ferramenta, o regime de operação e o ferramental empregado. 
Um resumo das influências de tais parâmetros é feito a seguir, considerando-se que 
normalmente altos valores da TRM implicam em altos valores do AS e vice-versa. 
 
 
Material da peça 
 
 Quanto maior for o ponto de fusão e vaporização do material da peça, menor é a TRM, a 
RD e melhor o AS. Materiais como alumínio, chumbo, magnésio e suas ligas são fáceis de serem 
usinados pelo processo EDM, por causa dos seus baixos ponto de fusão e vaporização. O 
contrário ocorre para materiais como o tungstênio, titânio, ósmio e suas ligas que tem elevados 
pontos de fusão e vaporização. Outra propriedade do material bastante influente é a 
condutibilidade elétrica. Quanto melhor condutor elétrico for o material, maior a TRM. 
 
 
Material da ferramenta 
 
Há uma extensa lista de materiais empregados para ferramentas de EDM, porém os mais 
usados são o cobre e o grafite. As principais características de cada um desses materiais são: 
 Cobre: Excelente condutor e grande facilidade de fabricação de ferramentas de pequenas 
dimensões. 
 Grafite: Alto ponto de fusão e dificuldade para fabricação de ferramentas de pequenas 
 dimensões por ser relativamente frágil. 
 
 Dadas as características acima, a escolha de um ou de outro, em cada caso, depende de uma 
série de fatores, mas a influência maior do material da ferramenta é exercida sobre a RD. 
Normalmente os melhores valores são obtidos com o Grafite, pelo seu ponto de fusão mais alto. 
No entanto, como o grafite é um material que se contamina com muita facilidade e pode ser 
adquirido com diferentes porosidades, nem sempre se pode garantir seu bom desempenho em 
relação à RD. Nesses casos, prefere-se usar o cobre pela sua melhor condutibilidade elétrica. 
 
 
Regime de operação 
 
 O que caracteriza o regime de corte é a potência elétrica P= VI (voltagem x corrente) e a 
duração do pulso elétrico, como ilustra a Figura 2.4. No caso, ilustram-se três situações com dois 
níveis de potência (P1 e P2) e dois níveis de duração do pulso (∆t1 e ∆t2). Para P1 e ∆t1 tem-se 
pequena TRM. Para P1 e ∆t2 tem-se maior TRM que na situação anterior. Se a energia do pulso 
(dada pela integral E=∫Pdt) for a mesma (o que ocorreria, por exemplo, se E2=P1.∆t2 fosse igual 
a E3=P2. ∆t1), a TRM também se mantém. 
 11
 
No entanto, a rugosidade é diferente para cada situação, mesmo que a energia seja 
constante. Será sempre menor para o caso em que o pulso for menor (no caso, para ∆t1). Em 
resumo, tem-se maiores TRM para maiores potências e durações de pulso. Melhores 
acabamentos são obtidos com menores potências e menores durações de pulso. Sobre a RD pode-
se dizer que também aumenta no mesmo sentido da TRM, na maioria dos casos experimentados. 
 
 
 
Figura 2.4 – Representação de níveis de potência e duração de pulso no processo EDM. 
 
 
Ferramental empregado 
 
 Entende-se por ferramental ao conjunto que engloba a geometria da ferramenta 
propriamente dita, o sistema de fixação da peça e o sistema de lavagem. 
Por exemplo, se uma ferramenta tubular for usada para execução de furos passantes, não 
se faz necessário erodir toda a seção transversal do material correspondente ao diâmetro do 
ferramenta, mas somente a área delimitada pela espessura da ferramenta tubular. Desta forma, a 
operação de usinagem se torna mais rápida pois o volume de material efetivamente removido 
será menor ao fim da operação. Diferentes formas da ferramenta levam a diferentes valores de 
TRM, conforme será visto na aula prática onde serão usadas ferramentas com diferentes 
geometrias na usinagem de alumínio, aço ABNT 1020 e aço VC 130. 
Atualmente, com o advento das máquinas CNC, as ferramentas se restringem a uma fina 
haste com extremidade esférica, conforme Figura 2.5. Com métodos computacionais, são 
possíveis obter trajetórias definidas, o que viabiliza obter superfícies complexas. Isto favorece o 
processo, pela dificuldade de fabricar ferramentas com geometrias não convencionais, que com o 
decorrer da usinagem requerem novas correções de forma. 
 
 
Figura 2.5 - Ferramental usado pelas máquinas EDM CNC. 
 P = VI 
 [W] 
∆t1 ∆t2 ∆t1 T [s] 
P 1 
P 2 
E1 E2 
E3 
 12
 
O sistema de lavagem tem várias funções. Uma destas funções é a de arrastar todo 
material erodido da interface ferramenta-peça, garantindo um avanço contínuo da ferramenta. 
Outra função é a renovação constante do fluido dielétrico na interface, mantendo as 
características físicas e químicas do mesmo. Esta renovação garante também o resfriamento mais 
pronunciado do dielétrico. Conforme é apresentado na Figura 2.6, o sistema de lavagem pode ser 
interno através da ferramenta ou peça, ou externo por jateamento por meio de mangueiras 
flexíveis direcionadoras. A lavagem interna pode ser feita por sucção ou injeção conforme 
ilustrado na Figura 2.6. Asvantagens de um ou outro sistema depende de cada caso e deve ser 
levado em conta não só a geometria da peça mas também a precisão requerida. 
 
 
 
 
Figura 2.6 – Sistemas de lavagem no processo EDM. 
 
 O sistema de fixação da peça também influi na TRM pois se relaciona com o sistema de 
lavagem permitindo a passagem do dielétrico em diferentes regiões. 
 Todo o conjunto que compõem o ferramental relaciona-se mutuamente, portanto a 
escolha de um ferramental adequado ao tipo de trabalho a ser executado, deve levar em 
consideração todos os fatores envolvidos, para que o processo tenha o melhor desempenho. 
 
 
2.3 Outras características importantes do processo 
 
Consideram-se neste item outras características do processo como por exemplo, as que 
ocorrem em operações de furação, que são o sobrecorte lateral e a conicidade da peça gerados 
devido ao espalhamento das descargas pelo efeito de borda, como é mostrado na Figura 2.7. 
Entretanto estas características nem sempre são indesejáveis. As matrizes geralmente necessitam 
de um ângulo para extração das peças produzidas. O projeto da ferramenta deve levar em conta 
este fato para gerar a dimensão final da peça. Na prática, porém, o que geralmente ocorre é a 
utilização de uma ferramenta para operação de desbaste e outra para acabamento. 
Sucção - Eletrodo Injeção - Eletrodo
Injeção - Peça Sucção - Peça 
Jateamento
 13
 
Alguns valores característicos desses desvios vão desde 0.05 % a 0,005 % para a 
conicidade e menos de 0,5 % para o sobrecorte lateral. 
 
 
 
Figura 2.7 - Sobre corte lateral evidenciando em um sistema de lavagem por injeção. 
 
 
 Outro aspecto que deve aqui ser considerado é o da integridade superficial. Como o 
processo é térmico, desenvolvem-se tensões residuais superficiais, microtrincas, zona afetada 
pelo calor (ZAC), camada superficial refundida, quase todas danosas à integridade superficial e 
consequentemente ao desempenho da peça, em especial quando sujeita à fadiga e esforços 
dinâmicos. As Figuras 2.8 a 2.11, são micrografias de peças de aço rápido ABNT M2, usinadas 
em diferentes regimes de trabalho obtidas por Lima em 1997. Nelas é bastante característica a 
presença da camada refundida, de uma zona afetada pelo calor (que prossegue mesmo abaixo da 
camada refundida) e de microtrincas de várias formas e dimensões que podem ser medidas nas 
próprias micrografias. No referido trabalho usinando aço rápido ABNT M2 foram obtidas 
rugosidades Ra na faixa de 0,4 a 20,0 µm dependendo do regime de corte usado. 
 
 
Zona Afetada Pelo Calor
 
 
 Figura 2.8 -Vista lateral da superfície usinada 
 com ferramenta de cobre e regime de desbaste 
 
Figura 2.9 - Vista lateral da superfície usinada 
com ferramenta de cobre regime semi-acabamento 
 
 
 14
 
Microtrincas 
 
 
 
 Figura 2.10 -Vista lateral da superfície usinada 
 com ferramenta de cobre e regime de desbaste. 
 
Figura 2.11 - Vista superior da superfície usinada 
com ferramenta de cobre regime semi-acabamento 
 
A grosso modo pode-se dizer que a TRM característica do processo é baixa (da ordem 
de 0,02 a 500 mm3/ min) e que a relação de desgaste é relativamente alta para a maioria dos 
casos comparada com processos tradicionais usinagem. A faixa de RD cobre uma vastíssima 
gama, desde 0,01/1 a 100/1. Por outro lado, um aspecto positivo do processo da superfície 
usinada é o de não apresentar marcas de ferramenta, originando uma superfície omnidirecional 
em forma de microcrateras importante para efeito de lubrificação e desgaste em situações 
severas de trabalho. 
Além disso, o processo EDM é considerado altamente preciso e controlável, indicado 
para fabricação de formas complexas independente da dureza do material. Aliado a este fato, o 
processo pode executar, em apenas uma operação, a peça final projetada. Estes fatores 
compensam a baixa TRM com o que seria necessário ser executado em vários outros 
processos de fabricação. É um processo livre de rebarbas dando liberdade para usinagem de 
peças extremamente frágeis, pelo fato de não haver contato entre ferramenta e peça, diferente 
do que ocorre no corte pelos processos tradicionais que lançam mão dos esforços de 
cisalhamento e abrasão. 
 
 
2.4 Equipamentos de usinagem por descargas elétricas 
 
 Dois são os tipos de máquina EDM usados mais comumente nos dias atuais. A EDM 
por penetração (Sinking EDM) e a EDM a fio (Wire EDM). Por ser mais tradicional, o 
segundo tipo de equipamento emprega um processo, também conhecido como de eletroerosão 
a fio, que pode ser considerado uma variante do processo clássico de eletroerosão por 
penetração. Tanto assim que todo o conteúdo dos itens anteriores diz respeito exclusivamente 
ao processo EDM por penetração. 
A máquina de EDM por penetração é similar a uma furadeira ou fresadora vertical, 
com mesa, coluna, base, cabeçote diferenciando-se basicamente pela cuba adaptada à mesa 
onde se faz a usinagem da peça tal como é apresentada na Figura 2.12 abaixo. Porém, outros 
compartimentos específicos da EDM, fazem parte do equipamento: o circuito dielétrico (com 
bomba, filtros, trocadores de calor), circuito eletro-hidráulico que comanda o avanço da 
ferramenta em relação à peça e uma fonte de energia pulsada, que controla os parâmetros de 
energia do pulso e a forma do pulso. 
 15
 
O circuito dielétrico é o responsável pela chegada do dielétrico à região de usinagem 
livre de resíduos de usinagem e com vazão e pressão controladas, conforme sugere a Figura 
2.2. Como todas as máquinas-ferramenta podem ser fornecidas nas versões manuais 
(convencionais) ou com CNC, cada vez mais populares. 
 
 
 
 
Figura 2.12 – Equipamento EDM por penetração com CNC. 
 
 
A máquina de eletroerosão a fio (Wire- EDM ou Electro Discharge Wire Cutting - 
EDWC, em Inglês) difere da EDM à penetração pelo uso de um fio como eletrodo (com 
diâmetro entre 0,05 - 0,3 mm) e pelo fato de que a peça a ser usinada nem sempre está 
submersa no fluido dielétrico, conforme ilustra o croquis da Figura 2.13. 
 
 
 
Figura 2.13 – Representação esquemática da região de corte no processo EDM a fio. 
 
 
Este processo é usado basicamente para recortes em chapas ou em blocos produzindo 
peças como a ilustrada na Figura 2.14. Como o processo não requer a fabricação de 
ferramentas de forma, pois o fio é a própria ferramenta, isto se torna um dos aspectos mais 
positivos do mesmo, em comparação com a EDM por penetração. 
Seção 
transversal 
do fio 
peça 
Roldana 
tracionadora 
Roldana 
de suprimento 
Dielétrico 
 16
 
Por outro lado, há que se dotar a máquina W-EDM de muitos graus de liberdade, pois a 
forma geométrica resultante, às vezes complexa, como a ilustrada na Figura 2.14, requer esta 
característica do equipamento. 
 
Figura 2.14 – Exemplo de superfície obtida por EDM a fio. 
 
O fluido dielétrico normalmente é a água desionizada, com baixa viscosidade e grande 
poder de refrigeração. Modernamente, porém, já existe óleo dielétrico de baixa viscosidade 
próprio para EDM a fio. As vantagens da baixa viscosidade são a de facilitar a remoção de 
material usinado, a de gerar camadas refundidas extremamente finas e a de aumentar a 
precisão da peça. O óleo tem sido preferido, ultimamente, por apresentar menor corrosividade 
e não exigir o desonizador necessário para produzir a água desionizada. 
A Figura 2.15 mostra esquematicamente um equipamento EDM a fio, onde o cabeçote 
orienta a direção do fio, cujas roldanas se movimentam em ambos os sentidos tracionando o 
fio que passa dando descargas na peça. Tanto o fio como a peça podem movimentar para gerar 
a melhor trajetória a ser percorrida para produzir a peça desejada. 
 
 
Figura 2.15 - EDM a fio - detalhe do sistema de coordenadaspara realização de operação 
complexas com vários eixos programáveis. 
 17
 
Em virtude do diâmetro do fio usado ser pequeno, a capacidade de conduzir corrente é 
limitada. Devido a esta limitação, as fontes de eletroerosão a fio raramente são construídas 
para fornecer mais de 20 A de corrente. 
 
 
 2.5 Experimentos em laboratório 
 
A aula prática com duas horas de duração consta de quatro etapas, como discriminadas a 
seguir: 
 
1. Apresentação das máquinas EROSIMAT D-01 e ENGEMAQ 440 NC, respectivamente 
dos laboratórios de Usinagem Não Tradicional (UÑT) e de Tribologia e Materiais (LTM). 
 
2. Apresentação de catálogos de fabricantes de máquinas EDM e dos painéis de trabalhos de 
pesquisa elaborados nos laboratórios. 
 
3. Confirmar dois pontos da Tabela 2.1 obtida previamente na qual foram utilizadas 
ferramentas de cobre e grafite de várias geometrias para a execução de furos passantes de 
diâmetro 5 mm em alumínio, aço ABNT 1020 e aço VC 130 
 
4. Com base na Tabela de resultados 2.1, nas condições de corte apresentadas na Tabela 2.2 e 
nas características dos materiais da peça e da ferramenta apresentadas nas Tabelas 2.3 e 
2.4, extrair as principais conclusões dos experimentos. 
 
Tabela 2.1- Resultados experimentais obtidos previamente. 
 
 [min] [mm
3/mm3] [mm3/min] 
Peça Ferramenta Geometria Tempo de 
usinagem 
Relação de 
desgaste 
Taxa de 
remoção 
Vazada 19 53:1 6,24 
Maciça 54 79:1 3,29 COBRE 
Cônica 24 138:1 6,48 
Maciça 78 10:1 2,47 A
lu
m
ín
io
 
GRAFITE 
Cônica 28 12:1 6,22 
Vazada 63 13:1 2,73 
Maciça 98 17:1 1,94 COBRE 
Cônica 84 16:1 2,18 
Maciça 101 5:1 1,78 A
ço
 A
B
N
T 
10
20
 
GRAFITE 
Cônica 98 3:1 1,75 
Vazada 55 15:1 2,18 
Maciça 80 37:1 2,07 COBRE 
Cônica 71 38:1 2,39 
Maciça 92 6:1 1,84 
A
ço
 V
C
 1
30
 
GRAFITE 
Cônica 87 5:1 1,88 
 18
 
 
 
 
Tabela 2.2 – Considerações sobre as condições de usinagem 
 
EROSIMAT 
Sistema de lavagem externo 
Regime de trabalho pulsado 
Tempo de usinagem: 45 ±1 [s] 
Tempo em vazio: 5 ±1 [s] 
Recuo: 2 – 3 [mm] 
Severidade: 9 (Semi-acabamento) 
Tensão: 200 [V] 
Corrente: 4 [A] 
Frequência: 10,5 [kHz] 
 
 
 
Tabela 2. 3 - Características físicas dos materiais das peças a serem usinadas. 
 
 Alumínio Aço ABNT 1020 Aço Vc 130 
Ponto de Fusão [ °C ] 660 ≈ 1500 ≈ 1300 
Densidade [g/cm3] 2.7 7.8 7.84 
Resistividade [µΩcm] ≈ 9 ≈ 18 ≈ 96 
Dureza 16 HB 35 HRc 55 HRc 
 
 
 Tabela 2. 4 - Características físicas dos materiais de ferramentas. 
 
 Cobre Grafite 
Ponto de Fusão [ °C ] 1083 3727 
Densidade [g/cm3] 8.9 2.1 
Resistividade [µΩcm] 2 910 
 
 
2.6 Questões 
 
1. Explicar com o uso de crôquis o processo de usinagem por EDM por penetração. 
2. Qual o campo de aplicação do processo de usinagem por EDM por penetração e a fio ? 
3. Como funciona o servo mecanismo para avanço da ferramenta no processo EDM por 
penetração ? 
 19
 
4. Porque a TRM de uma peça de alumínio é maior do que uma mesma peça de aço ? 
5. Conceituar RD e explicar porque eletrodos de grafite apresentam menor RD que eletrodos 
de cobre em igualdade de condições. 
6. Porque a peça deve ser anódica em operações de desbaste e catódica em operações de 
acabamento ? 
7. Quais os principais parâmetros do processo de EDM por penetração ? 
8. Qual a influência sobre a TRM da cada um desses principais parâmetros ? Utilizar gráficos. 
9. Quais as características da superfície usinada por EDM ? 
10. A conicidade obtida no processo EDM é sempre indesejável ? 
11. Quais as principais conclusões da aula prática ? 
 
 
2.7 Bibliografia 
 
1. Benedict, G. F.; Nontraditonal Manufacturing Processes, New York, Marcel Dekker, 
pp. 207-246, 1987. 
 
2. Crookall, J.R.; Heuvelman, C.J.; Electro-Discharge Machining - The State of the Art, 
Imperial College, London; Technishe Hogeschool, Eindhoven; Annals of the CIRP vol. 
20(2); pp. 113-120, 1971. 
 
3. Field, M. and Kahles, J.F.; Review of Surface Integrity of Machined Components, 
Metcut Research Associates, Cincinatti, OH, pp. 19-36, 1982. 
 
4. Fuller, J. E. e Rockwell International; Electrical Discharge Machining, Metals 
Handbook, 9° Ed. Vol. 16, pp. 557-564 – Machining, 1989. 
 
5. Kobayashi, K.; The Presente and Future Developments of EDM and ECM, ISEM XI - 
International Sympsium for Electromachining, Lausanne, pp. 29-47, 1995. 
 
6. Lima, F. E.; Rugosidade e Integridade Superficial do Aço ABNT M2 após usinagem 
por Descargas Elétricas, UFU, Dissertação de Mestrado, (1997). 
 
7. McGeough, J. A.; Advanced Methods of Machining, London, Chapman and Hall, pp. 
128-152, 1988. 
 
8. Pandey, P. C., Shan, H. S.; Modern Machining Processes, McGraw Hill, Publishing 
Company, pp. 1980. 
 
 
 20
3 - USINAGEM ELETROQUÍMICA - ECM 
 
 
 Trata-se da retirada controlada de material de uma peça (usinagem) como 
conseqüência de reações eletroquímicas entre o material da referida peça (colocada no polo 
positivo de uma célula eletrolítica) e alguns ânions dissociados do eletrólito. Neste processo, 
utiliza-se uma fonte de energia de alta potência para fornecer corrente elétrica de alta 
intensidade, onde o polo positivo é ligado à peça (anodo), e o polo negativo é ligado à 
ferramenta (catodo). 
 A Figura 3.1 apresenta um esquema com a classificação dos principais processos de 
usinagem eletroquímica. 
 
 
 
 
Figura 3.1 – Classificação dos processos de usinagem eletroquímica 
 
 
 O processo de usinagem eletroquímica (ECM) pode-se dividir de acordo com a Figura 
3.1. A formação eletroquímica é utilizada na usinagem de cavidades de todos tipos, inclusive 
a usinagem de furos cilíndricos. No caso da rebarbação eletroquímica ou polimento 
eletroquímico, as peças geralmente são fabricadas por outros processos, tanto tradicionais 
como não tradicionais, e somente o acabamento final é feito pelo processo eletroquímico. As 
taxas de remoção de material nestas aplicações geralmente são pequenas quando comparadas 
com as taxas da formação eletroquímica. 
 A retificação eletroquímica (ECG) se enquadra dentro dos processos híbridos. Neste 
caso, a usinagem do material é feita pelo processo eletroquímico, responsável por cerca de 
90% da retirada de material, e pelo processo abrasivo, responsável por aproximadamente 
10%. As ferramentas utilizadas neste processo são rebolos condutores. 
 A associação da usinagem eletroquímica com outros processos não tradicionais, como 
eletroerosão e ultrasom, tem como objetivo incorporar as vantagens destes processos, 
melhorando o desempenho da usinagem eletroquímica. 
As Figuras 3.2 a 3.5 apresentam aplicações práticas da ECM alterando-se os 
movimentos de avanço da ferramenta e da peça. Essas operações são executadas em peças de 
material condutor de eletricidade que sejam de difícil usinagem por processos tradicionais e 
que requeiram, ainda, altas exigências de Integridade Superficial como em certos casos da 
indústria aerospacial, biomédica, automobilística, entre outras. 
 
 
 21
 
 
Figura 3.2 – Formação eletroquímica de: (a) uma palheta de turbina e (b) uma cavidade; 
1 - Eletrodo Ferramenta; 2 - Peça; vk - direção de avanço da ferramenta. 
 
 
 
 
Figura 3.3 – Usinagem Eletroquímica de: 
(a) um eixo; e (b) um disco de parede fina. 
 
 
Figura 3.4 – Arredondamento de arestas por ECM: 1- 
Suporte do eletrodo ferramenta; 2- Eletrodo-ferramenta; 
3- Suporte de plástico (direcionar o eletrólito); 4- Peça; 5- 
Placa de fixação da peça. 
 
 
 
Figura 3.5 – Brochamento Eletroquímico: (a) Rosqueamento de um fuso de esferas e 
(b) Redução de espessura de um perfil em forma de T. 
 
 
 A Figura 3.6 apresenta um esquema simplificado de umequipamento de usinagem 
para formação eletroquímica com seus componentes básicos apresentados na legenda. 
 
 
22
 
 Como se observa, a ferramenta 2 é ligada ao polo negativo da fonte de energia 1 e a 
peça 3 ligada ao polo positivo da mesma. A usinagem ocorre na cuba eletrolítica 5 fixada 
sobre a mesa da máquina e para que tal usinagem ocorra é necessário que um eletrólito (em 
geral uma solução salina) banhe a interface ferramenta-peça em fluxo contínuo promovido 
pela bomba 8 que o succiona do reservatório 6 após passar pelo filtro 7. O cabeçote porta-
ferramenta 10 se movimenta em direção à peça graças à ação do sistema de avanço 9 pelo 
qual é mantida constante a distância ferramenta-peça (gap), espaço no qual ocorrem as 
reações eletroquímicas. 
 
 
 
 
 1 - Fonte de Corrente 6 - Reservatório do Eletrólito; 
 2 - Ferramenta ; 7 - Filtros; 
 3 - Peça a ser usinada; 8 - Bomba; 
 4 - Suporte de Fixação; 9 - Sistema de Avanço do Cabeçote; 
 5 - Cuba Eletrolítica; 10 - Cabeçote Porta-Ferramenta. 
 
Figura 3.6 – Esquema de um equipamento de usinagem eletroquímica 
 
 
3.1 Princípios do processo. 
 
A usinagem eletroquímica tem como princípio básico a eletrólise. A Figura 3.7 ilustra 
o esquema de uma célula eletrolítica, que é o local onde ocorre o fenômeno eletroquímico. 
Esta célula apresenta dois eletrodos condutores ligados a uma fonte de corrente elétrica e 
mergulhados em uma solução líquida à base de sais (no caso o NaCl). Esta solução, conhecida 
como eletrólito, tem três funções básicas: agir como condutor para facilitar a passagem de 
corrente elétrica entre a ferramenta e a peça, remover os resíduos formados durante a 
usinagem e resfriar a região entre a ferramenta e a peça (gap). 
As reações químicas que ocorrem após a dissociação eletroquímica levam à formação 
de hidrogênio gasoso na região catódica e precipitados de hidróxidos metálicos, conforme 
pode ser visto na Figura 3.7. São essas reações, ditas anódicas, que provocam a retirada de 
material da peça. Conforme é fácil de se constatar, o material da ferramenta não participa da 
principal reação que ocorre ao seu redor e isso leva à primeira grande vantagem do processo: a 
de que a ferramenta não se desgasta. Apesar disso, é importante escolher materiais de 
ferramentas que, além de condutores, sejam resistentes à corrosão, em virtude da 
possibilidade de ocorrência de reações secundárias durante o processo. Outra observação 
 
 
23
 
importante é que a taxa de remoção depende, entre outros fatores, conforme será visto 
adiante, da natureza do eletrólito, se soluções aquosas de NaCl ou de NaNO3 que são os 
eletrólitos mais usados. 
 
 
 
 
Reações Catódicas 
2 2 2H e H
+ −+ → ↑ 
 
Reações Anódicas 
↓→+ −+ nn OHMOHnM )()(
 
Figura 3.7 – Esquema de uma célula eletrolítica apresentando as principais reações catódicas e anódicas. 
 
 
A taxa de remoção de material (TRM) depende das Leis de Faraday da eletrólise. De 
acordo com estas, a massa dm retirada do metal da peça é dada por: 
 
 
Fz
dtIAdm ⋅
⋅⋅= (3.1) 
 
onde: A = Massa Atômica da substância ; 
I = Intensidade de Corrente ; 
dt = tempo ; 
z = Valência do elemento químico do material da peça; 
F = Constante de Faraday = 96500 Coulomb. 
 
 A fração A/zF, característica do material da peça, é denominada Equivalente 
Eletroquímico do Material, (E). Desta forma, pode-se dizer que: 
 
 IE
dt
dm ⋅= (3.2) 
 
ou seja, a taxa mássica de material removido só depende da intensidade de corrente que ocorre 
na cuba eletrolítica. Se ρ é a massa específica do material, tem-se que o valor da Taxa de 
Remoção de Material (TRM), que exprime a taxa volumétrica de material removido, pode ser 
expresso pela equação 3.3. 
 
 ρ
IETRM ⋅= (3.3)
 
 Se a TRM depende somente da densidade (ρ), do equivalente eletroquímico do 
material (E) e da intensidade da corrente elétrica (I) que passa na interface ferramenta-peça , o 
desempenho da ECM independe das características físicas usuais que influenciam 
decisivamente na usinagem tradicional que são a dureza, tenacidade, ductilidade, fragilidade, 
 
 
24
entre outras. Desta forma, tanto faz se o aço é “macio” como o ABNT 1020 ou “duro” como o 
ABNT 1060. Para esse processo, em ambos os casos, a TRM seria aproximadamente a 
mesma. 
 
 A intensidade de corrente I é dada por: 
 
 I V
R
= (3.4)
 
 Na expressão 3.4, V é aproximadamente igual à tensão externa imposta ao circuito e R 
a resistência ôhmica do mesmo circuito, que por sua vez é praticamente igual à resistência do 
espaço entre a ferramenta e a peça, espaço este que se costuma denominar de gap. 
Como a resistência do gap é dada aproximadamente pela equação 3.5, 
 
 
 
S
rhR ⋅= (3.5) 
 
em que: h = distância ferramenta-peça (gap); 
 r = resistividade do eletrólito; 
 S = Área da seção transversal da peça; 
 
tem-se, finalmente, que: 
 
 
rh
SVI ⋅
⋅= (3.6) 
 
 Outro princípio importante do processo ECM é o mecanismo de avanço da 
ferramenta. Durante a usinagem, o gap (h) tende a aumentar devido a perda de material da 
peça. Para que isto não ocorra, ou seja, para que esta distância permaneça praticamente 
constante, é necessário que a ferramenta avance rumo à peça. O controle do avanço da 
ferramenta é feito por um mecanismo que deverá ser necessariamente automático, para 
conferir alto desempenho ao equipamento. A Figura 3.8 mostra o esquema de um mecanismo 
de avanço. 
 
 
 
Figura 3.8 – Esquema simplificado do mecanismo de avanço da ferramenta de um equipamento de 
usinagem eletroquímica. 
 
 
25
 Fazendo um resumo do funcionamento do mecanismo apresentado na Figura 3.2 
tem-se que um drive faz o monitoramento da corrente elétrica que passa pela região do gap. 
Sabe-se que a medida que o gap aumenta (devido a erosão da peça), aumenta também a sua 
resistência com a conseqüente diminuição do valor da corrente. Quando isto acontece, o drive 
envia um sinal para o servomotor avançar a ferramenta. 
 Como já foi dito, o objetivo principal do sistema de avanço é manter o gap constante. 
Para isso, a taxa com que a ferramenta (catodo) avança tem que ser igual a taxa com o qual é 
retirado material da superfície da peça (anodo) devido a dissolução eletroquímica. 
 Na Figura 3.9, tem-se uma ferramenta que avança rumo à peça com uma velocidade 
de avanço va, gap h e voltagem V. 
 
 
 
 
Figura 3.9 – Esquema que simboliza o avanço da ferramenta em uma operação de usinagem 
eletroquímica. 
 
 
 A Expressão 3.7 apresenta a variação do gap com o tempo. 
 
 dh
dt
A J
z F
va= ⋅⋅ ⋅ −ρ (3.7) 
 
 Da lei de Ohm, tem-se: 
 
 r
k
= 1 (3.8) 
 onde k é a condutividade do eletrólito. 
 
 Portanto, das Expressões (3.6), (3.7) e (3.8), tem-se: 
 
 dh
dt
A k V
z F h
va=
⋅ ⋅
⋅ ⋅ ⋅ −ρ (3.9) 
 
 Existem três soluções para a Expressão 3.9 que merecem uma abordagem mais 
específica. Na primeira hipótese a ferramenta não avança, ou seja, va é igual a zero. Este caso 
ocorre tipicamente no processo de rebarbação ou polimento eletroquímico. A solução da 
Expressão 3.9 neste caso está mostrada na Expressão 3.10. 
 
 
 
26
 h t h A k V t
z F
2 2 0 2( ) ( )= + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ρ (3.10) 
 onde h (0) é o gap inicial. 
 
 Outra solução que a ser verificada é quando a velocidade de avanço da ferramenta é 
constante. Neste caso, a ferramenta avança e o valor do gap tende a estabilizar-se num 
determinado valor depois de um certo tempo, conforme mostra a Figura 3.10b. A Expressão3.11 apresenta a solução da Expressão 3.9 para esta condição. 
 
 t
v
h h t h h h
h t ha
e
e
e
= ⋅ − + ⋅ −−
⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥
1 0 0( ) ( ) ln ( )
( )
 (3.11) 
 onde he equivale a 
A k V
z F va
⋅ ⋅
⋅ ⋅ ⋅ρ . 
 
 A Figura 3.10 apresenta os gráficos que representam a variação do gap com o tempo 
para as condições em que a velocidade de avanço da ferramenta é nula (Figura 3.10a) e 
constante (Figura 3.10b). 
 
 
 (a) (b) 
 
Figura 3.10 – Variação do gap com o tempo de usinagem quando: 
(a) não há avanço da ferramenta e (b) o avanço é constante. 
 
 
 O último caso é aquele em a ferramenta avança controlada por um sistema que faz o 
monitoramento de tensão e corrente. Através da variação destes parâmetros é que ocorre o 
deslocamento da ferramenta. Este sistema é muito utilizado nos processos de formação 
eletroquímica. 
 Finalmente, outra característica fundamental do processo ECM é o circuito 
eletrolítico. A principal finalidade do circuito eletrolítico é que garantir que o eletrólito 
permaneça com suas propriedades (temperatura, concentração, pH) praticamente constante na 
região de trabalho (gap). Este é um fator determinante para que o processo tenha um bom 
desempenho em termos de acuracidade e integridade superficial. 
 Os principais componentes de um circuito eletrolítico de um equipamento de 
usinagem eletroquímica são: um reservatório, onde este será armazenado, uma bomba que 
 
 
27
forneça a pressão e velocidade necessária para que o eletrólito possa varrer os detritos já 
citados, um sistema de limpeza e controle de temperatura concentração e pH. 
 O circuito eletrolítico deve apresentar um sistema de limpeza do eletrólito eficiente. 
Conforme foi visto anteriormente, durante a usinagem ocorrem as formações de hidróxidos e 
outros compostos que permanecem na solução eletrolítica. 
 A limpeza do eletrólito é de fundamental importância para um bom desempenho em 
usinagem eletroquímica. Não só faz aumentar a vida do eletrólito, que em muitos casos é caro 
(Nitrato de Sódio, por exemplo), como ajuda na estabilidade do processo ao manter, 
aproximadamente constante, a corrente que passa pelo gap. A limpeza também diminui a 
corrosividade do ambiente, e evita que, esporadicamente, se tenha um curto circuito entre a 
ferramenta e a peça, o que prejudicaria em muito a usinagem, com o desgaste do eletrodo-
ferramenta e a alteração das características de integridade superficial da peça. Os sistemas de 
separação dos resíduos que permanecem no eletrólito mais utilizados em equipamentos 
industriais são as ultra-centrífugas. 
 
 
3.2. Principais parâmetros do processo 
 
No processo de usinagem eletroquímica a taxa de remoção de material (TRM) é 
significativamente afetada pela intensidade de corrente que é utilizada para oxidar o material 
da peça (anodo). Na Expressão 3.3, percebe-se que, além da corrente, a TRM depende 
também do equivalente eletroquímico e da densidade, que por sua vez são características dos 
materiais a serem usinados. Portanto, para que se tenha altas TRM deve-se analisar e 
selecionar os parâmetros que influenciam diretamente o valor da intensidade de corrente. 
A intensidade de corrente (I) depende da tensão externa aplicada (V), da área efetiva 
de trabalho (S), da dimensão do gap (h) e da resistividade do eletrólito (ρ), conforme mostra a 
Expressão 3.6. Para que I seja máximo, deve-se maximizar V e S. A área efetiva de trabalho 
depende das dimensões da peça e geralmente não pode ser alterada. Portanto, o parâmetro 
mais usado em usinagem eletroquímica é a densidade de corrente, conforme pode ser visto na 
Expressão 3.7. Os valores de tensão não devem ser elevados (normalmente variando de 5 – 
25V) para evitar a ocorrência de curtos circuitos entre a ferramenta e a peça. 
 
S
IJ = (3.7) 
 
Onde: J é a densidade de corrente [A/cm2]; 
 I é a intensidade de corrente [A]; 
 S é a área efetiva de trabalho [cm2] 
 
Outra forma de aumentar a corrente é a minimização da resistividade do eletrólito e o 
tamanho do gap. A resistividade do eletrólito depende das características do mesmo, como 
tipo, concentração e pH. Os valores do gap devem ser pequenos, variando de 0,07 a 0,5 mm 
dependendo da aplicação. Quando se trabalha com valores de gap muito pequenos deve-se 
tomar cuidado com a ocorrência de curto circuito. 
Ainda na análise da Expressão 3.6, percebe-se que o perfil transferido à peça será uma 
boa reprodução do negativo da ferramenta pois as reações de oxidação do material da peça 
(anodo) ocorrem, preferencialmente, nas regiões da ferramenta e da peça que estão mais 
próximas. 
 
 
 
28
3.3 Outras características importantes do processo 
 
 A usinagem eletroquímica é um processo que, normalmente, não apresenta boa 
precisão em termos das alterações geométricas produzidas nas peças usinadas, como por 
exemplo, conicidade e sobre-corte lateral no processo de furação eletroquímica. A Figura 3.11 
ilustra a diferença na precisão de peças usinadas com eletrólitos a base de NaCl e NaNO3. 
Além do tipo de eletrólito, existem outros fatores que influenciam na precisão das peças 
usinadas pelo processo eletroquímico tais como: o sistema de banho do jato eletrolítico, a 
voltagem aplicada, a velocidade de avanço da ferramenta, o sistema de limpeza do eletrólito e 
o recobrimento lateral da ferramenta. 
 
 
 
Figura 3.11 – Furação de peças utilizando os seguintes eletrólitos: 
(a) Solução de Nitrato de Sódio; (b) Solução de Cloreto de Sódio. 
 
 
Outra característica importante da ECM é seu excepcional desempenho em termos de 
Integridade Superficial. Isto se deve ao fato de que neste processo ocorre a retirada de átomo 
por átomo do material da peça, e também por não haver geração significativa de calor. Sendo 
assim, não ocorrem transformações térmica nas superfícies usinadas, minimizando, desta 
forma, os problemas com trincas e concentração de tensões. 
Na usinagem eletroquímica, a integridade superficial da peça depende, principalmente, 
do seu material, do eletrólito a ser utilizado e das condições de operação. Um estudo de 
parâmetros como corrente, voltagem, dimensão do gap, e tipo do eletrólito é de suma 
importância para se obter boa integridade. 
 
 
3.4 Equipamentos de usinagem eletroquímica 
 
Os equipamentos de usinagem eletroquímica devem ter como características básica alta 
rigidez estrutural para minimizar as vibrações transmitidas à ferramenta e apresentar em sua 
estrutura materiais resistentes à corrosão. A Figura 3.12 apresenta um equipamento de 
usinagem eletroquímica com seus componentes principais, que são: 
 
• Uma Fonte de Potência de corrente contínua de baixa voltagem e grande amperagem 
(2000, 10000 ou, ainda, 40000 A); 
 
• Um circuito para circulação e controle do eletrólito (geralmente uma solução aquosa de 
NaCl ou NaNO3 de 20 a 50%); 
 
 
29
 
 
• Um circuito auxiliar para limpeza do eletrólito; 
 
• Uma Unidade Mecânica constituída basicamente de uma cuba eletrolítica apoiada em 
uma mesa de coordenadas, da estrutura de apoio para suportar essa cuba e o mecanismo de 
avanço (que deve necessariamente ser automático para conferir alto desempenho ao 
equipamento); 
 
• Um sistema de exaustão do gás H2 (combustível); 
 
• Um CNC (no caso das unidades mais modernas). 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.12 – Equipamento industrial de usinagem eletroquímica com capacidade de 3000 A. 
 
 
3.5 Experimentos em laboratório 
 
A aula prática sobre o processo de usinagem eletroquímica, com duas horas de duração, 
está dividida em quatro etapas discriminadas a seguir. 
 
 
30
1. Apresentação dos equipamentos de usinagem eletroquímica desenvolvidos no 
Laboratório de Usinagem Não Tradicional (ECM convencionale ECG); 
 
2. Apresentação dos painéis sobre os principais trabalhos de pesquisa sobre ECM; 
 
3. Experimentos sobre rebarbação ; 
 
4. Experimentos sobre furação eletroquímica. 
 
 
Na etapa 3 são realizados ensaios de rebarbação com os seguintes objetivos: a 
eliminação de rebarbas, o acabamento e o arredondamento dos cantos vivos e, também, 
observar qualitativamente a variação da corrente elétrica que passa pelo gap com a variação 
da tensão da fonte e da vazão do eletrólito. 
Nestes ensaios são utilizados anéis de aço ABNT 1045 não tratado e temperado em 
óleo. Os anéis tiveram suas superfícies recartilhadas em um torno convencional, simulando 
rebarbas produzidas por um processo qualquer de fabricação. 
A ferramenta utilizada nos ensaios foi fabricada em cobre eletrolítico em forma de 
disco cilíndrico com diâmetro externo pouco maior que o diâmetro externo do anel a ser 
rebarbado, apresentando, também, um furo no centro para permitir o bombeamento do jato 
eletrolítico. O eletrólito é uma solução aquosa de NaCl com concentração igual a 15%. 
O suporte de fixação dos anéis foi fabricado em aço inoxidável com uma cavidade para 
o encaixe dos anéis, que são fixados a este por meio de parafusos. A Figura 3.17 apresenta um 
esquema completo do ferramental utilizado. 
 
 
 
 
Figura 3.17 – Esquema ilustrativo do ensaio de rebarbação. 
 
 
 No processo de rebarbação eletroquímica não ocorre o avanço da ferramenta. Neste 
caso o gap aumenta durante a usinagem e se comporta de acordo com a Figura 3.10a. Isto 
 
 
31
implica que, com a remoção da rebarba e também com o arrendondamento dos cantos vivos, 
ocorre a diminuição do valor da corrente, que pode ser um fator indicativo do momento que a 
rebarba foi completamente removida. Nos ensaios de usinagem, a ferramenta é avançada até 
encostar na rebarba e logo depois afastada, deixando um gap inicial igual a 0,2mm. 
Na etapa 4 são realizados ensaios de furação eletroquímica em barras de aço rápido 
ABNT M2, também conhecidas como bits, com a seguinte composição: Fe = 81,65%; C = 
0,85%; Mn = 0,30%; Si = 0,25%; Cr = 4%; V = 2%; W = 6% e Mo = 5%. Este aço é muito 
utilizado na fabricação de ferramentas de corte em processos tradicionais. 
Os furos são fabricados em dois bits justapostos onde, de acordo com a Figura 3.18, 
percebe-se a formação de dois semi-cilíndros, um em cada bit. Este perfil possibilita melhor 
visualização das superfícies laterais dos furos, verificando as distorções do perfil ao longo da 
profundidade de corte. O experimento completo consiste da realização de um furo passante 
onde são verificados os efeitos da variação da vazão do eletrólito, da velocidade de avanço da 
ferramenta e da tensão na corrente de usinagem; e outro furo cego com o objetivo de avaliar a 
taxa de remoção de material e a superfície formada no fundo do furo. 
 
 
 
 
 
Figura 3.18 – Vista superior do perfil usinado em bits de aço rápido ABNT M2. 
 
 
A Figura 3.19 apresenta um esquema do ferramental utilizado durante os ensaios que 
consiste da ferramenta, o suporte de fixação da peça e o sistema de injeção do eletrólito na 
região de usinagem. A ferramenta é tubular, fabricada em cobre eletrolítico com diâmetro 
externo de 10 mm, incluindo 0,2 mm de espessura do revestimento plástico (tecknil), e 
diâmetro interno de 4 mm. O suporte de fixação dos bits foi fabricado em aço inox para 
resistir a corrosão do meio onde ocorre a usinagem. Este foi fixado na base de cobre da cuba 
eletrolítica através de grampos de fixação, também fabricados em aço inox. Para completar o 
ferramental, o sistema de injeção do eletrólito utilizado é um jato a alta pressão fluindo pela 
parte interna da ferramenta. O eletrólito é o mesmo que o utilizado na rebarbação. 
 
 
 
 
32
 
 
Figura 3.19 – Esquema do ferramental utilizado nos ensaios de usinagem. 
 
 
Observação: Durante os ensaios de usinagem deve-se dar atenção especial para alguns fatores 
como, qual a influência das propriedades mecânicas dos materiais e dos parâmetros de corte 
como tensão, velocidade do eletrólito e velocidade de avanço da ferramenta no desempenho 
do processo de usinagem eletroquímica. 
 
 
3.6 Questões 
 
1. Quais são suas principais dificuldades de projeto de um equipamento ECM? 
 
2. Explicar com o uso de croquis os princípios do processo. 
 
3. Quais são os principais problemas ambientais do processo? 
 
4. Por quê o equipamento ECM apresenta custo elevado? 
 
5. Quais as principais aplicações do processo ECM? 
 
6. Que comparação se poderia fazer com o processo EDM? 
 
7. Que parâmetros influem na TRM, direta e indiretamente? 
 
8. Quais as principais características da superfície usinada? 
 
9. Quais são as principais estratégias para aumentar a precisão das peças usinadas por ECM? 
 
 
 
 
 
33
3.7 Bibliografia 
 
1. Benedict, G. F.; Nontraditional Manufacturing Processes, Marcel Dekker, New York, 
1987, pp. 125 - 172. 
 
2. Marty, C.; Usinages Par Procédés Non Convencionnels, Masson, Paris , 1971, pp. 67-
106; 
 
3. Macgeough, J. A.; Advanced Methods of machining, Chapman and Hall, London, 1988, 
pp. 55 - 88. 
 
4. Malaquias, E.; Contribuição para o Desenvolvimento de um Protótipo de um 
Equipamento de Usinagem Eletroquímica, Dissertação de Mestrado, UFU, Uberlândia, 
1996, 79 pp. 
 
5. Metals Handbook; Nontraditional machining, 9a Edição, Volume 16, 1989, pp. 533 -
550. 
 
6. Pelizer, M. C.; Estudo da Influência do Ferramental na Acuracidade de Forma de 
Peças de Aço ABNT M2, Obtidas por Usinagem Eletroquímica, Dissertação de 
Mestrado, UFU, Uberlândia, 1997, 80 pp. 
 
7. Rumyantsev, E. & Davidov, A.; Electrochemical Machining of Metal, Mir Publishers, 
Moscow, 1989. 
 
8. SME - Society Manufacturing Engineers; Nontraditional Machining Processes, Second 
Edition, Deaborn, 1986, pp. 75 - 108. 
 34
4 - USINAGEM POR ULTRASOM - USM 
 
 
 O uso de ondas vibratórias de alta freqüência acima da faixa audível (ultrasom) tem 
tido uso extremamente variado pelo homem. Além da aplicação na usinagem, o ultrasom é 
utilizado também na fundição e soldagem de metais, medidas de velocidade de fluídos em 
movimento, determinação de tensões residuais, medidas de microdureza e análise do tamanho 
de grão de metais em metalografia. O ultrasom também é comumente usado na área médica 
para diagnóstico e tratamento de certas doenças. 
 No campo da usinagem, o princípio do processo de ultrasom data de 1927 e é devido a 
Wood e Loomis. Entretanto, a primeira patente de um equipamento de usinagem por ultrasom 
foi registrada em 1945 pelo engenheiro americano Balamuth. 
 A usinagem por ultrasom como será detalhada nos ítens seguintes, são processos 
mecânicos de remoção especialmente úteis para produzir furos e cavidades em materiais 
endurecidos (acima de 40 HRC) e frágeis de qualquer natureza, como por exemplo, aços-
ferramenta, carbonetos, nitretos, cerâmicas, vidros, quartzo e pedras preciosas, condutores 
elétricos ou não. 
 Na Figura 4.1 apresenta-se uma classificação simplificada dos processos de usinagem 
por ultrasom. Nela podemos notar que existem 3 grandes classes de equipamentos para 
usinagem ultrasônica. O ultrasom convencional (Ultrasonic Machining - USM), o ultrasom 
rotativo (Rotary Ultrasonic Machinig - RUM) e um conjunto muito grande de equipamentos 
especiais onde a vibração ultrasônica entra apenas como assistência a outros processos básicos 
tradicionais ou não, tais como torneamento ultrasônico (Turning Ultrasonic Machining - 
TUM) e o laser ultrasônico (Laser Ultrasonic Machining). As duas primeiras classes, USM e 
RUM, por serem as mais empregadas, serão resumidamente descritas a seguir. 
 
 
 
 
Figura 4.1 - Classificação dos processos de usinagem por ultrasom. 
 
 
 No processo convencional (USM), conforme será vistono item seguinte, a ferramenta 
vibra ultrasonicamente na direção paralela ao eixo axial de avanço da ferramenta. Um jato 
abrasivo é bombeado na interface ferramenta-peça conforme Figura 4.2. A remoção de 
 35
material ocorre quando grãos abrasivos suspensos no jato são martelados contra a superfície 
da peça devido ao movimento de vibração da ferramenta. 
 
 
 
Figura 4.2 - Representação esquemática do processo USM. 
 
 
 O mecanismo no processo ultrasônico rotativo (RUM) é basicamente o mesmo do 
processo USM, exceto que no RUM existe também um movimento rotativo da ferramenta, 
conforme ilustra a Figura 4.3. Em alguns casos, a ferramenta é impregnada com abrasivos de 
diamante artificial (PCD) enquanto em outros utiliza-se a ferramenta do processo USM 
animada com movimento de rotação e jato abrasivo. 
 
 
 
 
Figura 4.3 - Ilustração do processo RUM 
 
 
 A assistência ultrasônica pode ser aplicada tanto a processos tradicionais como 
furação, torneamento, fresamento e retificação quanto a processos não tradicionais como o 
laser, eletroerosão e eletroquímica. Em todos esses casos, basicamente põe-se a ferramenta a 
vibrar (seja essa ferramenta uma broca, uma ferramenta de torno, um rebolo, feixe de laser, 
descarga elétrica) superpondo esse movimento vibratório aos seus movimentos normais. 
 
 36
4.1 Princípios do processo 
 
O processo de usinagem ultrasônica é realizado através da vibração de alta freqúência, 
tipicamente 20kHz, de uma ferramenta de corte, obtida pelo princípio da magnetoestricção ou 
eletroestricção, como será visto adiante. O processo de USM tem início com a conversão de 
energia elétrica de baixa freqüência para um sinal de energia elétrica de alta freqüência, que 
alimenta um transdutor, que, funcionando sob um dos princípios acima mencionados, 
converte esta variação em vibração mecânica de mesma freqüência. No caso da utilização do 
transdutor magnetoestrictivo, a capacidade de elongação é dada pelo seu coeficiente de 
elongação magnetoestrictivo: 
 
∈m = ∆l / l (4.1) 
 
onde ∆l é incremento no comprimento, em relação ao comprimento inicial l. 
 
Anteriormente, eram utilizados transdutores magnetoestrictivos feitos de materiais tais 
como Alfer (13%Al - 87%Fe), Hypernik (50%Fe - 50%Ni) e Permalloy (40%Ni - 60%Fe). 
A desvantagem do emprego da magnetoestricção esta relacionada com as altas taxas de perdas 
devido ao calor (eficiência menor que 55%). Com o que o transdutor tem que ser refrigerado. 
Modernamente usam-se materiais como o quartzo piezoelétrico e cerâmicas sintéticas 
eletroestrictivas como o Titanato-Zirconato de Chumbo (LZT), que apresentam maior 
eficiência de conversão (cerca de 90 a 95%). 
 Assim, um movimento mecânico linear de alta freqüência é transmitido à peça através 
de um acoplador amplificador denominado porta-ferramenta, que é mostrado na Figura 4.4. 
 É necessário que o material de construção do acoplador amplificador tenha alta 
resistência a fadiga. Dois materiais de popular aplicação são o Alumínio-Bronze e Bronze 
Marinho com resistência á fadiga de respectivamente, 185 e 150 MPa. 
 A ferramenta vibra com amplitudes geralmente em torno de 20 a 60µm, na direção 
paralela ao eixo axial de avanço da ferramenta. Para alcançar maior eficiência na remoção de 
material, deve-se considerar a massa e a forma do acoplador amplificador, de tal modo que a 
freqüência de ressonância esteja dentro da faixa de freqüência da máquina de USM. A 
ressonância é conseguida quando a freqüência de vibração se iguala a freqüência de vibração 
para se formar uma onda sônica constante no conjunto ferramenta-peça e consequentemente 
resultar em uma amplitude máxima de vibração e uma remoção máxima de material com 
maior eficiência. 
 A ferramenta com forma negativa a do desenho do furo ou cavidade é posicionada 
próxima à peça sem tocá-la. Esta ferramenta deve ser fabricada usando material que apresente 
alta resistência ao desgaste e à fadiga, sendo que o aumento do desgaste é influenciado pelo 
material a ser usinado. Assim os materiais mais empregados para construção de ferramentas 
de corte, são os aços-liga com Ag, Cr ou Ni, aços inoxidáveis 304 e 316, Cobre e Latão. O 
espaço entre a ferramenta e a peça (gap) é alimentado com um jato abrasivo composto de 
partículas abrasivas e água. 
 
 
 37
 
 
Figura 4. 4 - Componentes básicos do processo USM. 
 
 
 Um mecanismo alimentador avança continuamente a ferramenta para dentro da 
cavidade para manter o espaço constante entre a ferramenta e a peça. Para se trabalhar com 
maior acuracidade é necessário que o sistema de avanço seja o mais sensível possível. Os 
sistemas de avanço mais utilizados são os do tipo massa-mola e pneumático ou hidráulico, 
sendo que este último é o mais empregado para trabalhos onde se requer controle da qualidade 
da profundidade. A Figura 4.5 (a) e (b) mostra os diferentes tipos de sistemas de avanço. 
 
 
 
 
(a) - Avanço tipo massa mola (b) - Avanço tipo pneumático ou hidráulico 
 
Figura 4.5 - Representação esquemática de vários tipos de sistemas de 
 avanço da ferramenta na usinagem ultrasônica. 
 
 
 Embora as taxas de remoção de material sejam relativamente baixas, o processo é 
economicamente competitivo pois, com um simples passe, pode-se gerar cavidades complexas 
ou furos múltiplos em materiais de difícil usinagem. 
 O mecanismo de corte dos materiais através da USM ainda não é completamente 
entendido. No entanto, alguns pesquisadores formularam algumas teorias, como expostas a 
seguir. 
 38
 A análise proposta por Kazantsev assume que o material é removido por fratura frágil. 
Este pesquisador deu grande atenção a não uniformidade das partículas em suspensão, na 
interface-peça. Devido a essa não uniformidade, como a ferramenta é movida em direção a 
superfície da peça, existirá um contato parcial entre os maiores grãos, sendo estes martelados 
na superfície de ambas, ferramenta e peça como pode ser visto na Figura 4.6. 
 
 
 
Figura 4. 6 - Modelo para análise de remoção de material na USM proposto por Kazantsev. 
 
 Kaczmarek propõe que incrustações de grãos abrasivos na superfície da ferramenta 
leva a um aumento de deformação plástica da mesma. Entretanto, na peça há desintegração de 
material e retirada de cavaco de uma cavidade na superfície. Pela ação do jato abrasivo, os 
cavacos gerados são retirados da zona de corte. Este jato tem ainda as funções de alimentar de 
abrasivos a zona de usinagem e refrigerar o par ferramenta-peça. 
 Kremer, Saleh, Ghabrial e Moison, examinaram cuidadosamente a formação de 
cavidades na superfície da peça. Eles constataram que estas cavidades são formadas 
principalmente pela indentação do grão abrasivo na superfície da peça, pois a seqüência de 
fraturas tritura o material que se solta da região golpeada. 
 Shaw, Miller e Rosenberg consideraram ainda a combinação de mais dois fatores na 
análise da teoria de arranque de material na USM, a cavitação-erosão e a ação química 
associada com o fluído empregado. Estes efeitos foram considerados como de importância 
secundária e representam menos de 5% da taxa total de remoção de material. É válido 
ressaltar que um material frágil é mais facilmente usinado do que um dúctil no processo USM. 
Por exemplo a taxa de usinagem do vidro é muito maior do que a de um metal de dureza 
comparável. Esta disparidade no comportamento da USM é devido a diferença de 
propriedades plásticas dos dois materiais. 
 O processo RUM, além das teorias acima, conta, conforme já explicado, com o efeito 
da rotação de uma ferramenta abrasiva para operações tais como furação, fresamento e 
abertura de roscas interna e externa. Há duas variantes do processo