Trabalho Escrito Usinagem de metais

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Usinagem de metais
Processos de usinagem são operações de corte que permitem a remoção de excessos de um material bruto com auxílio de uma ferramenta. Esses excessos são chamados de cavacos (aparas de metal), que são caracterizados pelo formato irregular, e podem ser contínuos e fragmentados, ocorrendo às vezes em padrões espirais, fitas ou lascas, etc.
Na maioria das aplicações industriais, a usinagem é usada para converter blocos (tarugos) metálicos fundidos, forjados ou pré-moldados em perfis desejados, com tamanho e acabamento específicos, de acordo com as necessidades do projeto. Quase todos os produtos manufaturados possuem componentes que precisam ser usinados, muitas vezes com grande precisão. Logo, este conjunto de processos é um dos mais importantes do sistema de manufatura, pois agrega valor ao produto final.
O processo de remoção por usinagem pode ser dividido em duas grandes categorias:
Processos convencionais: As operações de corte empregam energia mecânica na remoção do material, principalmente por cisalhamento, no contato físico da ferramenta com a peça.
Processos especiais (não convencionais): As operações utilizam de outros tipos de energia de usinagem, não geram marcas-padrão na superfície da peça e a taxa volumétrica de remoção de material é muito menor que a dos processos convencionais.
Os processos convencionais de usinagem ainda podem ser subdivididos em duas classes:
Operações de corte com ferramentas de geometria definida: arestas cortantes com formato e tamanho conhecidos. (Torneamento, furação, fresamento)
Operações de corte com ferramentas de geometria não-definida: Partículas abrasivas com formatos aleatórios e compostas por arestas minúsculas de corte. (Retificação, brunimento, lapidação)
Principais Processos de Usinagem
Processo de usinagem com ferramentas de geometria definida
Torneamento: Processo mecânico destinado à obtenção de superfícies de resolução com auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes. A peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina fazendo com que a ferramenta se desloque simultaneamente, seguindo uma trajetória podendo ser: retilíneo ou curvilíneo.
Torneamento retilíneo é quando a ferramenta se desloca seguindo uma trajetória retilínea, podendo ser cilíndrico, cônico, radial ou de perfil, já o torneamento curvilíneo, a ferramenta se desloca seguindo uma trajetória curvilínea.
Aplainamento: Destinado à obtenção de superfícies regradas, são movimentos retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta podendo ser horizontal ou vertical, as operações de aplainamento são classificadas como: aplainamento de desbaste ou aplainamento de acabamento.
Furação: Processo destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça com auxílio de uma ferramenta multicortante. Tanto a peça ou a ferramenta ao girarem simultaneamente deslocando-se uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal. Operações da furação:
Furação em cheio é a abertura de um furo cilíndrico na peça, remove-se todo material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco. Quando o furo for grande e de maior profundidade, utiliza-se ferramenta especial.
Escareamento é a abertura de um furo cilíndrico em uma peça pré-furada.
Furação escalonada é a obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros simultaneamente.
Furação de centro é a obtenção de furos ao centro para uma operação posterior na peça.
Processos de usinagem com ferramentas de geometria não definida
Espelhamento: Processo por abrasão, o acabamento final da peça por meio de abrasivos ligados a uma porta ferramenta diferente para cada tipo de operação, com finalidade de se obter uma superfície espetacular.
Jateamento: Processo por abrasão, as peças são submetidas a um jato abrasivo, vão ser rebarbadas, asperizadas para receberem acabamento. 
Superacabamento: Processo por abrasão destinado ao acabamento de peças, os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça, que tanto a peça gire lentamente e, a ferramenta se desloca com movimentos alternativos de pequena amplitude e frequência grande, podendo ser um processo cilíndrico ou plano.
Processos não convencionais de usinagem 
Usinagem por ultrassom: Processo que utiliza energia mecânica na remoção de material em que a erosão é o mecanismo principal, essa remoção é feita através de frequências ultrassónicas na usinagem de materiais. Nos anos 80 essa técnica tomou novo impulso devido seu desempenho na usinagem de cerâmicas avançadas (esses materiais com propriedades mecânicas, elevada dureza e fragilidade, são mais difíceis de serem usinados por técnicas convencionais) comparando com outros processos não tradicionais de usinagem. A vantagem principal é a preservação da integridade superficial do material usinado.
O princípio do processo de usinagem por ultrassom é a transformação de um sinal elétrico em vibrações mecânicas de mesma frequência, este sinal elétrico deve ser de alta frequência, faixa de 20khz. As vibrações são produzidas por um transdutor com amplitude amplificada por um amplificador mecânico e transmitida a uma ferramenta através do sonotrodo.
Usinagem eletroquímica: Processo muito importante e novo (década de 90) seu principal objetivo é a remoção de material empregando um eletrólito e corrente elétrica contínua para ionizar e remover porções metálicas da peça, essa remoção é feita através do escoamento a alta velocidade do eletrólito entre uma ferramenta (cátodo) e uma peça (ânodo) apresentado por uma ferramenta (eletrodo).
Comparação dos diferentes processos de fabricação por usinagem
São muitos os processos de fabricação por usinagem disponível, por isso é comum aos profissionais da área ter dificuldade para discernir qual a melhor solução para cada necessidade.
Em cada caso, é importante comparar custos e as condições técnicas, porém é preciso que se tenham conhecimentos e informações sobre opções disponíveis avaliando o interesse industrial de cada método de trabalho.
Parâmetros de entrada do processo de Usinagem
Para iniciar um processo de usinagem devemos considerar algumas variáveis de entrada, tais como: Material da peça, geometria da ferramenta, material da ferramenta, parâmetros de corte e máquina – ferramenta.
Material da peça: devemos conhecer e previamente especificar as propriedades físicas, químicas e mecânicas do material bruto.
Exemplo: composição química, encruamento (deformação a frio, causa endurecimento e aumento de resistência do metal por deformação. Altas taxas, sugerem a necessidade de maior energia para a remoção do material levando a maior força e potência de corte), dureza (resistência a deformações/riscos), inclusões (partículas que se precipita durante o resfriamento), usinabilidade (dificuldade de usinar um material), afinidade química com o meio lubrirrefrigerante* ou com a ferramenta (desgaste da ferramenta devido a dureza do material e o comportamento diante de um fluido de corte), resistência a tração (“empescoçamento”, ponto máximo de uma curva de tensão-deformação), microestrutura, condutividade térmica (deseja-se altos valores, pois conduz rapidamente o calor para os arredores do material), etc.
Geometria da ferramenta: a ferramenta de corte é peça fundamental para a usinagem, e a geometria, ou seja, os ângulos dessa ferramenta são o que define a posição e a cunha do corte que será feito no material, pois esses ângulos viabilizarão o rompimento das forças de coesão do material.
Material da ferramenta: a ferramenta de corte claramente deve ser feita de um material mais resistente e mais duro do que o da peça. 
Dito isso, as propriedades mais desejadas em um material de ferramenta é: alta resistência ao choque térmico, resistência a impacto, dureza, tenacidade (para evitar falhas), resistência ao desgaste, compressão e cisalhamento, ser quimicamente inerte e ter boas propriedades térmicas e mecânicas em altas temperaturas.
As características citadas acima não se reúnem em um só material, porém, em determinadassituações pode-se priorizar algumas delas.
Parâmetros de corte: para cada operação será necessário decidir quais parâmetros de corte empregar, tais como: velocidade de corte (), avanço () e profundidade do corte ();
As operações de corte para usinagem serão de acabamento e/ou de desbastamento.
Operações de acabamento
Obter qualidade superficial, geométrica e dimensional da peça é o objetivo. Com uma conciliação de baixo avanço (), pequena profundidade de corte () e velocidade () alta, gera uma quantidade satisfatória de cavacos sem interferir nas vibrações.
Operações de desbaste
Com uma conciliação de altíssima profundidade de corte (), um alto avanço (), e velocidade de corte () baixa, permite uma grande remoção de material, abundante obtenção de cavacos sem preocupação com o acabamento, otimizando a vida útil da ferramenta.
Máquina – ferramenta: É a máquina, que modifica fisicamente um corpo.
As mais simplificadas, executam movimentos retilíneos e de rotação, possibilitam a obtenção de formas helicoidais como roscas e dentes de engrenagens e superfícies combinadas (helicoidal e cônico). As mais complexas são obtidas por reprodução e funcionam por abrasão (pantógrafos e laminadoras de roscas), o que permite a fabricação de calibradores, virabrequins, eixos-comando de válvula, etc. Atuam com a ajuda de uma figura como perfil da peça.
Definição dos parâmetros de saída do processo.
As variáveis dependentes de saída são determinadas pelo processo, baseando-se na prévia seleção das variáveis independentes de entrada. Uma maneira de controlar o processo de usinagem é atuar diretamente nas variáveis de entrada (independentes) e mensurar seu efeito através da medida de variáveis dependentes de saída. As condições ideais para um determinado processo de usinagem podem ser determinadas com um melhor aproveitamento da ferramenta de corte e uma melhor taxa de remoção de material. Desta forma, a pessoa responsável pelo controle da produção trabalha na supervisão destas variáveis, usualmente indiretas.
As variáveis dependentes de saída importantes são: tipos de cavaco; força e potência de corte; temperatura na região de corte; vibrações; falhas na ferramenta de corte; acabamento da superfície usinada. 
Tipos e formas de cavaco.
Observando os tipos de cavacos formados em usinagem, verifica-se que os mesmos podem apresentar aspectos distintos, dependendo das variáveis independentes de entrada. 
Cavaco contínuo- é o mais desejado do ponto de vista de acabamento da peça, durabilidade da ferramenta e energia consumida, pois ele desliza suave e uniformemente sobre a face (superfície de saída) da ferramenta. O material rompe na zona primária de cisalhamento com deformações elevadas e permanece homogêneo, com estrutura regular, sem fragmentação. 
Cavaco lamelar (ou segmentado) – ocorre quando a estrutura do material é irregular ou quando vibrações (geradas por grandes avanços e/ou altas velocidades de corte) levam a variações na espessura do cavaco. Apresentando-se constituídos de lamelas (ou segmentos) distintas justapostas em uma disposição contínua. 
Cavaco de cisalhamento (ou cavaco parcialmente continuo) - é o cavaco que a formação é descontinua, pois, a força de corte cresce progressivamente com a deformação do material até seu encruamento acentuado rompimento e fragmentação, quando então a força cai bruscamente e a aresta cortante reinicia o processo de deformação, repetindo-se o ciclo. 
Cavaco arrancado- tem a forma de pequenos fragmentos independentes e distintos, gerados por ruptura (tensões de tração e compressão), já que não são capazes de suportar grandes deformações sem se quebrar. 
Força e potência 
As forças são importantes, pois influenciam as deflexões na ferramenta e na peça, afetando as dimensões finais do componente usinado. As forças são responsáveis pelos fenômenos de vibração, comuns em usinagem. Busca-se sempre uma forma de se controlar as forças geradas (e a potência consumida) para assim poder assegurar a integridade do sistema máquina/ferramenta/peça.
Temperatura na região de corte
A temperatura é um dos principais fatores que influenciam o desgaste de ferramenta, basicamente originária da energia de deformação do material e do atrito que ocorre nas interfaces peça/ferramenta e ferramenta/cavaco. Em geral, devido às altas temperaturas na região de corte, as ferramentas perdem suas durezas originais, aumentando rapidamente o desgaste por abrasão e, em muitos casos, elemento químico constituintes da ferramenta pode difundir-se para dentro do cavaco, ou reagir quimicamente com a peça ou com o fluido lubrirrefrigerante*. 
Vibrações 
Os processos de usinagem são influenciados pela dinâmica da operação de corte e pela dinâmica do sistema máquina/ferramenta/peça. Tal sistema apresenta características de rigidez e de amortecimento de vibrações que são essenciais para a qualidade das operações. Um dos fenômenos mais importantes presentes em processos de usinagem é a vibração relativa entre a ferramenta e a peça, exercendo grande influência sobre o resultado final do trabalho. Vibrações descontroladas no sistema podem causar: desgaste prematuro e avarias na ferramenta de corte; deterioração da qualidade superficial e perda de precisão dimensional das peças; danos aos componentes da máquina; ruídos indesejáveis e desagradáveis; aumento do consumo de energia elétrica. 
Falhas na ferramenta de corte 
Os diversos mecanismos (processos) de falhas de corte agem simultaneamente, de forma que tanto sua causa como seu efeito dificilmente podem ser distinguidos entre si. Todos eles são observados na prática, mas certamente um prevalecerá sobre os demais, dependendo principalmente do material da peça e da ferramenta, da operação de usinagem, das condições de corte, da geometria da ferramenta de corte e do emprego do meio lubrirrefrigerante*. O conhecimento do mecanismo de desgaste é de grande interesse, pois permite uma seleção criteriosa da ferramenta mais indicada e das condições mais apropriadas de usinagem. 
Acabamento da superfície usinada
Acabamento é um termo coloquial largamente usada para designar a qualidade geral de uma superfície usinada. 
O objetivo da usinagem é obter uma superfície técnica que apresente fatores superficiais e sub-superficiais apropriados, a fim de garantir segurança, confiabilidade e longa vida ao componente fabricado, principalmente quando vidas humanas estão em jogo. Por esse motivo, a importância do estudo do acabamento aumenta à medida que crescem as exigências do projeto. Por exemplo, as superfícies dos componentes deslizantes, como eixos de um mancal, devem ser lisas para que o atrito seja o menor possível. Já as exigências de acabamento das superfícies externas da tampa e da base do mancal são menores. A produção de superfícies lisas exige em geral um custo de fabricação mais elevado.
O acabamento não está especificamente ligado à textura ou padrão característico da superfície técnica, nem a valores específicos de rugosidade. Contudo, um bom acabamento implica baixos valores de rugosidade, e vice-versa. Assim, a aptidão de um processo de usinagem em produzir um acabamento específico depende das características da ferramenta, da peça, da máquina e da operação.
Palavras Desconhecidas: *Lubrirrefrigerante: Se refere a qualquer substância (ou mistura) usada para lubrificar e/ou refrigerar uma operação de corte. 
Alunas:
Amanda Silveira Couto
Jurema Lessa Cardoso
Letícia Fernandes de Freitas
Thayná Carvalho Veríssimo