01 - Fundamentos de Usinagem

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Fundamentos de Usinagem 
 
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Definição de usinagem 
 
Segundo a norma DIN 8580, aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a 
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 Características dos materiais. 
 
A Usinagem dentro dos processos de fabricação 
 
Relação entre processos de fabricação e qualidade superficial 
 
 
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Divisão da usinagem segundo a precisão atingível 
 
 
Relação entre precisão e mecanismo de usinagem 
 
 
Importância da usinagem na indústria metal mecânica 
 
 
A maior parte de todos os produtos industrializados em alguma de suas etapas de produção, 
direta ou indiretamente sofre algum processo de usinagem. 
 
 
 
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Exemplos da importância da 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; 
- 70% das engrenagens para transmissão de potência; 
- 90% dos componentes da indústria aeroespacial; 
- 100% dos pinos médico-odontológicos; 
- 70% das lentes de contato 
- Lentes para CD player ou suas matrizes 
 
Classificação dos processos de usinagem 
 
Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida 
Tornear; Fresar; Furar; Rosquear; Alargar; Brochar; Serrar; Plainar e outros 
 
Usinagem com Ferramentas de Geometria não Definida 
Retificar; Brunir; Lapidar; Lixar; Polir; Jatear; Tamborear e outros 
 
Usinagem por Processos Não Convencionais 
Remoção térmica; Remoção Química; Remoção Eletroquímica; Ultra-som; Jato d'água; 
Eletroerosão e outros 
 
Evolução da precisão de usinagem no século XX 
 
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Tendências para a usinagem no século XXI 
 
 
Cinemática geral dos processos de usinagem 
Os processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e não definida, necessitam 
de um movimento relativo entre peca e ferramenta. 
 
 
 
 
 
Nos processos não convencionais a cinemática não visa a iteração entre peça e 
ferramenta, necessária a formação do cavaco, mas sim gerar um movimento orientado da 
ferramenta. 
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GRANDEZAS DO PROCESSO 
 
 Peça – Tudo aquilo que irá sofrer uma operação de usinagem 
 Dispositivo de fixação – local onde será fixada a peça 
 Ferramenta – tudo o que realiza uma operação de usinagem 
 Porta-ferramenta - dispositivo destinado a fixar a ferramenta 
 Máquina-ferramenta – elemento que proporcionará os movimentos, velocidade, avanço e a força 
necessária ao processo de Usinagem. 
 
MOVIMENTOS NO PROCESSO DE USINAGEM 
Movimentos que causam diretamente a remoção de cavaco: 
- de corte 
- de avanço 
- efetivo de corte 
Movimentos que não causam diretamente a remoção de cavaco: 
- de aproximação e afastamento 
- de ajuste 
- de correção 
 
VELOCIDADES DO PROCESSO DE USINAGEM 
 
Velocidade de Corte (Vc) 
É a velocidade ideal para que uma ferramenta corte o material através de um movimento circular ou 
através de golpes lineares. 
É o espaço percorrido por uma ferramenta cortando um material, na unidade de tempo. 
A definição da velocidade de corte adequada depende dos seguintes parâmetros: 
- Tipo do material da ferramenta 
- Tipo do material a ser usado 
- Tipo de operação a ser realizada 
- Condições da refrigeração 
- Condições da máquina 
A velocidade de corte é dada por: 
𝑉𝑐 =
𝜋. 𝑑. 𝑛
1000
 
 Onde: 
d = diâmetro 
n = rotação 
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Os valores de velocidade de corte, são tabelados conforme o material da ferramenta, o processo de 
usinagem e o material a ser cortado. 
Portanto, para se definir a rotação adequada a ser empregada, isola-se “n”: 
𝑛 =
𝑉𝑐. 1000
𝜋. 𝑑
 
 
 
Tabela de velocidades de corte para torneamento 
 
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Grandezas do processo de usinagem 
 
 
 
 
 
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Geometria da Cunha de Corte 
Cada par material de ferramenta/material de peça, tem uma geometria de corte apropriada ou ótima. 
A geometria da ferramenta influencia na: 
- Formação do cavaco 
- Saída do cavaco 
- Forças de corte 
- Desgaste e vida da ferramenta 
- Qualidade final do trabalho 
 
 
 
Onde: 
 
α = ângulo de folga 
β = ângulo de cunha 
γ = ângulo de saída 
ε = ângulo de ponta 
χ = ângulo de posição 
λ = ângulo de inclinação 
re = raio de ponta 
 
 
 
ÂNGULO DE SAÍDA 
É um ângulo da aresta de corte que tem grande efeito no esforço de usinagem, evacuação de 
cavacos, temperatura de usinagem e vida da ferramenta. 
 
Efeitos do Ângulo de Saída 
1- Com o aumento do ângulo de saída na direção positiva (+) ocorre a diminuição de esforços de 
usinagem. 
2- Para cada 1º de aumento do ângulo de saída na direção positiva (+), o consumo de potência 
diminui em aproximadamente 1%. 
3- Aumentando o ângulo de saída na direção positiva (+) a resistência da aresta de corte diminui. Já 
com o aumento na direção negativa (-) os esforços de usinagem são aumentados. 
 
Quando aumentar o ângulo de saída na direção negativa? 
- Material usinado for de maior dureza; 
- Quando for necessário reforçar a aresta de corte. 
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Quando aumentar o ângulo de saída na direção positiva? 
- O material usinado for macio 
- O material usinado for de fácil usinagem 
- Quando a peça usinada ou a máquina tiverem baixa rigidez. 
 
ÂNGULO DE FOLGA 
Previne a fricção entre a face lateral da ferramenta e a peça usinada resultando em avanço suave. 
 
Efeitos do ângulo de folga 
1 - Com o aumento do ângulo de folga, é diminuída a ocorrência de desgaste frontal. 
2 - Aumentando o ângulo de folga, é diminuída a resistência da aresta de corte. 
 
Quando diminuir o ângulo de folga? 
- O material usinado for de maior dureza 
- For necessário reforçar a aresta de corte 
 
Quando aumentar o ângulo de folga? 
- O material for de fácil usinabilidade. 
 
ÂNGULO DE POSIÇÃO 
Reduz o impacto de entrada na usinagem e afeta a força de avanço, a força de reação e a 
espessura do cavaco. 
 
Efeitos do ângulo de posição 
1- Com o mesmo avanço, aumentando-se o ângulo de posição, é aumentado o comprimento de 
contato do cavaco na aresta e diminuída a espessura do cavaco. Como resultado, a força de 
usinagem é dispersa em uma aresta de corte mais longa e a vida útil da ferramenta é prolongada. 
2- Aumentando-se o ângulo de posição, o controle de geração de cavacos (quebra cavacos) fica 
mais difícil com a diminuição de sua espessura e aumento da largura. 
 
Quando diminuir o ângulo de posição? 
- Acabamentos com pequena profundidade de corte 
- Peças longas e delgadas. 
- Quando a máquina tiver pouca rigidez. 
 
 
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Quando aumentar o ângulo de posição? 
- Materiais duros que produzem altas temperaturas de usinagem. 
- Quando desbastamos uma peça usinada de diâmetro grande. 
- Quando a máquina possui alta rigidez. 
 
RAIO DE PONTA 
O raio de ponta afeta a resistência da aresta de corte e o acabamento da superfície. Em geral é 
recomendado um raio de ponta 2 a 3 vezes maior que o avanço. 
 
Efeitos do raio de ponta 
1- Com o aumento do raio de ponta, melhora a rugosidade do acabamento dasuperfície. 
2- Aumentando o raio de ponta melhora a resistência da aresta de corte 
3- Aumentando muito o raio de ponta, aumentam os esforços de usinagem causando trepidações. 
 
Quando diminuir o raio de ponta? 
- Acabamentos com pequenas profundidades de corte. 
- Peças longas e delgadas. 
- Quando a máquina tiver pouca rigidez. 
 
Quando aumentar o raio de ponta? 
- Quando a resistência da aresta de corte se torna necessária, como em usinagem de corte 
interrompido. 
- Em operações de desbaste de peças com diâmetros grandes. 
- Quando a máquina tiver boa rigidez. 
 
Fatores a serem considerados na escolha da geometria da ferramenta: 
- Material da ferramenta 
- Material da peca 
- Condições de corte 
- Tipo de operação 
- Geometria da peca 
 
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INFLUÊNCIAS DA GEOMETRIA DA FERRAMENTA 
 
 
 
 
GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE TORNEAR 
 
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DENOMINAÇÕES PARA FERRAMENTAS DE FURAR 
 
 
DENOMINAÇÕES PARA FERRAMENTAS DE FRESAR 
 
 
ESTUDO DO CAVACO 
O cavaco pode representar até 50% de um material bruto depois da usinagem. Vale lembrar que, 
quanto menos cavaco é formado, mais economia há. As ferramentas desgastam menos, é gasto 
menos tempo de usinagem e seu transporte e limpeza exige menos tempo também. 
O cavaco é reaproveitado para a produção de novos materiais fundidos através da reciclagem, o 
que é uma ótima oportunidade de economia já que muitas empresas que usinam suas peças 
também fundem seus materiais. 
 
"Cavacos são os resíduos liberados da peça durante a usinagem" 
O conhecimento da formação do cavaco é o conceito mais importante sobre os cavacos, pois 
permite prognósticos e diagnósticos sobre a qualidade da usinagem e evita desperdícios assim 
como reduz o tempo de produção. 
 
A forma e tipo do cavaco produzido proporcionam um impacto no processo da usinagem que implica 
na qualidade da usinagem, na limpeza da máquina ou setor da máquina, segurança para operador, 
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desgaste de ferramenta ou máquina. A forma de coleta e armazenamento (que podem ser 
automáticas através de esteiras) permitem uma área limpa, livre de interferências mecânicas. Por 
isso existem estudos voltados para o controle do cavaco com o objetivo de reduzir tempo e, 
consequentemente, custos envolvidos na usinagem. 
 
Cavacos longos resultantes de materiais de baixa ruptura, ou seja, resíduos que não se rompem 
facilmente, formam longas tiras de material (como o cavaco de nylon ou aço mais puro) provocam o 
entupimento das esteiras de coleta da máquina ou permanecem se acumulando em determinados 
locais, como próximo à peça e ferramenta e podem causar uma repentina rotação de todo o cavaco 
emaranhado junto com a peça danificando a máquina, ferramenta e colocando em risco a saúde do 
trabalhador. 
 
Além disso, os pontos mais importantes com relação ao cavaco é o alcance do óleo refrigerante até 
a área de contato com a superfície da peça, o calor gerado e o desgaste da ferramenta. 
 
 
 
 
 
 
TIPOS DE CAVACO 
 
 Mecanismo de Formação: O cavaco é formado 
continuamente, devido a ductilidade do material e a alta 
velocidade de corte. 
 Acabamento Superficial: Como a força de corte varia 
muito pouco devido a contínua formação do cavaco, a 
qualidade superficial é muita boa. 
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 Mecanismo de Formação: O material fissura no ponto 
mais solicitado. Ocorre ruptura parcial ou total do cavaco. A 
soldagem dos diversos pedaços (de cavaco) é devida a alta 
pressão e temperatura desenvolvida na região. 
 O que difere um cavaco cisalhado de um contínuo 
(aparentemente), é que somente o primeiro apresenta um 
serrilhado nas bordas. 
 Acabamento Superficial: A qualidade superficial é inferior 
a obtida com cavaco contínuo, devido a variação da força 
de corte. Tal força cresce com a formação do cavaco e 
diminui bruscamente com sua ruptura, gerando fortes 
vibrações que resultam numa superfície ondulada. 
 
 Mecanismo de Formação: Este cavaco é produzido na 
usinagem de materiais frágeis como o ferro fundido. 
O cavaco rompe em pequenos segmentos devido a 
presença de grafita, produzindo uma descontinuidade na 
microestrutura. 
 Acabamento Superficial: Devido a descontinuidade na 
microestrutura produzida pela grafita (no caso do FoFo), o 
cavaco rompe em forma de concha gerando uma superfície 
com qualidade superficial inferior. 
 
 
Fatores que definem a saída e forma do cavaco 
São 7 os fatores principais que influenciam do tipo de cavaco e sua formação. São eles: 
 
Geometria da Ferramenta - Um inserto é composto por 3 ângulos e 1 raio: Ângulos de posição, 
saída e folga do gume e raio de ponta. 
Material da Peça - As peças, em sua maioria são compostas por metais. Dentre os mais comuns 
estão o ferro, o alumínio, o bronze, cobre, etc. Mas peças com composição não-metálicas também 
são comuns como o plástico (nylon), madeira ou cerâmica. 
Material da Ferramenta - A ferramenta pode ter diversas geometrias e consistida de diversos tipos 
de metais. Na maioria dos casos a ferramenta é composta de uma liga, ou seja, a mistura de dois ou 
mais tipos de metais que dão as características desejadas para usinagem específicas. Os metais 
mais comuns são: Ferro, Vanádio, Cobalto e Cromo. Menos frequentes são o Tungstênio e o 
Tântalo. Há a cerâmica também. 
Fluído de Corte - Emulsão ou Óleo de Corte 
Máquina-Ferramenta - Características estática e dinâmica 
Condições de Corte - Avanço, profundidade e velocidade 
Quebra-Cavaco - Postiço, sinterizado e usinado 
 
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CLASSIFICAÇÃO DOS CAVACOS 
 
 
SOLICITAÇÕES NA CUNHA DE CORTE 
Força de usinagem = f (condições de corte (f, Vc , ap ), geometria da ferramenta, desgaste 
 
Fc = Força de corte 
Ff = Força de avanço 
Fp = Força de passiva 
 
Fc e Ff ~ 250 a 400 N/mm - aços de construção mecânica 
Fc e Ff ~1100 N/mm - materiais de difícil usinabilidade 
 
 
 
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SOLICITAÇÕES TÉMICAS NA USINAGEM 
 
CÁLCULOS DE PARÂMETROS DE USINAGEM - COM EXEMPLOS DE APLICAÇÃO 
 
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CÁLCULOS PARA FRESAMENTO FRONTAL COM EXEMPLOS DE APLICAÇÃO. 
 
 
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TIPOS E FORMATOS DE FRESAS DE TOPO 
 
 
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TERMINOLOGIA DAS BROCAS E CARACTERÍSTICAS DE USINAGEM 
 
 
A forma e o ângulo de hélice da broca definem o ângulo de saída γ, que não é constante ao 
longo do gume principal. 
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FÓRMULAS PARA O PROCESSO DE FURAÇÃO