IPF - Unidade 4: Usinagem

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Introdução aos Processos 
de Fabricação
Unidade 4: Usinagem
Cursos de Graduação em Engenharia de Produção e 
Engenharia Mecânica
Introdução
� As peças metálicas fabricadas pelos processos metalúrgicos 
convencionais (fundição, conformação plástica, etc), geralmente 
apresentam superfícies mais ou menos grosseiras e que, portanto, 
exigem um determinado acabamento.
� Além disso, estes processos nem sempre permitem a obtenção de 
peculiaridades, como determinados tipos de saliências, furos, etc.
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Introdução
� Definição: conjunto de processos que utiliza uma ferramenta para remover excesso de 
material (cavaco) de um sólido, de forma que o material remanescente adquira o formato 
desejado. É aplicado mais frequentemente para dar forma a metais.
� Esforço predominante: cisalhamento do material trabalhado para formar o cavaco.
A medida que o cavaco é removido, uma nova superfície é formada.
Introdução
Objetivos dos processos de usinagem:
� Acabamento de superfícies produzidas por processos básicos, a fim de obter melhor 
acabamento superficial e menor tolerância dimensional.
� Obter peculiaridades impossíveis de serem obtidas por meio de outros métodos.
� Fabricar peças seriadas a um custo menor.
� Fabricação de uma ou poucas peças, praticamente de qualquer forma, a partir de um 
bloco de material metálico.
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Introdução
� Vantagens
- Pode ser aplicado a uma grande variedade 
de materiais (metais, plásticos, cerâmicos 
e compósitos de plástico);
- Produz qualquer geometria regular, como 
superfícies planas, orifícios redondos e 
cilindros.
- Formas de alta complexidade, tolerâncias 
dimensionais bastante estreitas (<25 µm) e 
acabamentos superficiais excelentes 
podem ser obtidos (rugosidade < 0,4 µm).
� Desvantagens
- Desperdício de material: embora sejam 
reciclados, os cavacos representam 
resíduo em termos da unidade de 
operação.
- Consumo de tempo: em geral, uma 
operação de usinagem leva mais tempo 
para dar forma a determinada peça do 
que processos alternativos de mudança 
de forma, como fundição e forjamento.
Introdução
� Importância da usinagem na indústria:
➔ 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 engrenagem para transmissão de potência;
➔ 90% dos componentes da industria aeroespacial;
➔ 100% dos pinos médico-odontológicos;
➔ 70% das lentes de contatos extraoculares;
➔ 100% das lentes de contatos intraoculares;
➔ Lentes para CD player ou suas matrizes.
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Introdução
� Geometrias produzidas pela usinagem: resultam do movimento relativo entre a 
peça e a ferramenta e da forma da ferramenta.
COM GEOMETRIA DE REVOLUÇÃO
Forma cilíndrica ou de disco
SEM GEOMETRIA DE REVOLUÇÃO
Semelhantes a um bloco ou uma placa
Introdução
� Ferramenta de corte: é composta por material mais duro do que o material a 
ser usinado.
Serve para separar o 
cavaco do material de 
origem
Direciona o fluxo do 
cavaco recém-formado
Fornece uma folga entre 
a ferramenta e a 
superfície da peça
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Introdução
� Condições de corte para diferentes ângulos de saída do cavaco
ÂNGULO POSITIVO ÂNGULO NEGATIVO
Reduz as forças 
de corte, a 
temperatura e o 
consumo de 
energia.
Introdução
� Ferramentas de corte: dois tipos básicos:
a) Monocortantes: possuem uma aresta de corte. 
Durante a usinagem, a ponta da ferramenta penetra 
abaixo da superfície original da peça.
Ex.: torneamento, mandrilamento e aplainamento.
a) Multicortantes: têm mais de uma aresta de corte e, 
em geral, realizam seu movimento em relação à peça 
por rotação.
Ex.: fresamento, brochamento, serramento.
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Fundamentos: Condições usuais de corte
� Velocidade de corte (m/min): velocidade 
periférica ou superficial da peça em 
relação à ferramenta;
� Avanço: percurso da ferramenta;
� Profundidade de corte (mm): distância 
entre a superfície não cortada da peça e o 
fundo do corte, medida numa direção em 
ângulo reto à superfície de trabalho da 
peça.
Fundamentos: Condições usuais de corte
� As operações de usinagem se dividem em duas categorias:
- Usinagem de desbaste: utilizada para remover grandes quantidades de material 
da peça bruta o mais rápido possível, deixando material suficiente na peça para a 
operação subsequente de acabamento. Envolvem avanços e profundidades 
elevados.
- Usinagem de acabamento: utilizada para finalizar a peça e obter as dimensões, 
tolerâncias e acabamento superficial requeridos. Envolvem baixos avanços e 
baixas profundidades. 
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Fundamentos: Formação do cavaco
O controle do tipo de cavaco produzido é de extrema importância, pois este influencia o 
acabamento superficial e a integridade da superfície formada. O tipo de cavaco formado 
depende do material que está sendo usinado e das condições de corte.
Fundamentos: Formação do cavaco
� Cavacos segmentados ou descontínuos: são formados na usinagem de materiais 
frágeis, sob baixa velocidade de corte, em que o grau de atrito entre a ferramenta e 
o cavaco é alto e a profundidade de corte e o avanço são grandes. A superfície 
usinada tende a ser irregular.
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Fundamentos: Formação do cavaco
� Cavacos contínuos: são formados na usinagem de materiais dúcteis sob alta 
velocidade de corte, pequena profundidade e pequeno avanço, onde o atrito cavaco-
ferramenta é baixo. Caracteriza-se pelo grande comprimento, independente da forma. 
Em geral, obtém-se bom acabamento superficial. 
O cavaco contínuo, além de oferecer perigo ao operador, pode 
emaranhar-se ao redor da peça ou ferramenta, dificultando a operação 
e tornando a superfície usinada menos atrativa.
O cavaco é removido com a ajuda de quebra-cavacos.
Fundamentos: Formação do cavaco
� Quebra-cavacos: são utilizados com frequência em ferramenta monocortantes para 
forçar o cavaco a se curvar com maior intensidade do que seria a sua tendência natural, 
causando a sua fratura.
QUEBRA-CAVACO NA SUPERFÍCIE DE 
SAÍDA DA FERRAMENTA DE CORTE
QUEBRA-CAVACO POSTIÇO
Projetado como um dispositivo adicional na 
superfície de saída da ferramenta
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Fundamentos: Formação do cavaco
� Cavacos contínuos com arestas postiças: são formados em usinagem de 
materiais dúcteis, sob média velocidade de corte, em que o atrito tende a causar uma 
aderência do material do sólido à aresta de corte da fermenta, ficando parte do 
material preso à ferramenta, formando uma aresta postiça (APC) de forma cíclica.
Problema: uma parte da APC é incorporada à nova superfície usinada, 
causando rugosidade ou, quando destacada, pode levar partes da 
superfície de saída da ferramenta, reduzindo sua vida útil.
Solução: reduzir a profundidade do corte, alterar a velocidade, usar 
líquido refrigerante ou mudar o material da ferramenta.
Fundamentos: Formação do cavaco
� Cavacos segmentados (cisalhados): são semicontínuos, pois possuem aparência de 
dente de serra, que é produzida por uma formação cíclica do cavaco que alterna 
elevada deformação por cisalhamento, seguida por baixa deformação por cisalhamento. 
Comum em condições de alta velocidade de corte, principalmente para metais difíceis 
de usinar (titânio, aços inoxidáveis austeníticos, superligas de níquel). 
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Fundamentos: Material a ser usinado
� Materiais de alta resistência: requerem maiores forças,
causam maiores deflexões na peça e na ferramenta, maior 
atrito (geração de calor) e podem acelerar o desgaste das 
ferramentas (materiais duros ou abrasivos).
� Materiais dúcteis: permitem grandes deformações plásticas
do cavaco durante o corte, resultando em cavacos longos e 
contínuos que permanecem em contato com a face da 
ferramenta por longo tempo,causando maior aquecimento 
por atrito. Cavacos desse tipo são severamente deformados e 
tem a forma espiralada.
Fundamentos: Materiais para ferramentas de corte
� Requisitos:
- Alta dureza e resistência ao desgaste;
- Alta tenacidade;
- Alta dureza a quente;
- Boa resistência mecânica;
- Boa estabilidade química;
- Boa rigidez;
- Facilidade de fabricação;
- Baixo custo.
� Fatores a considerar na escolha do 
material da ferramenta:
- Material a ser usinado;
- Tipo da operação de usinagem;
- Volume da produção;
- Geometria da ferramenta e da peça;
- Acabamento requerido;
- Precisão dimensional;
- Fluido de corte;
- Vida útil adequada.
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Fundamentos: Materiais para ferramentas de corte
� Tipos de ferramentas
(a) Monolítica: formada por uma barra sólida de material para ferramenta (aço com alto teor de C, aços rápidos).
(b-c) Confeccionadas a partir de uma barra de aço de baixo custo, com fixação em uma das extremidades de 
pastilhas (insertos) de material de alta dureza (WC, por exemplo).
Vantagem: cada inserto possui múltiplas 
arestas de corte. Quando uma se desgasta, 
o inserto é reposicionado para cortar com 
uma nova aresta de corte. Isto é feito até
que todas as arestas estejam gastas.
Fundamentos: Materiais para ferramentas de corte
Versatilidade e 
acessibilidade
Resistência, potência consumida 
e tendência à vibrações
� Insertos
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Fundamentos: Materiais para ferramentas de corte
� Aços rápidos: aços ao carbono contendo elementos de liga como W, Cr, V, Mo e 
Co. São tratáveis termicamente, tenazes e retém dureza até 650ºC. Apresentam 
bom desempenho, podem ser afiadas com facilidade e seu custo é inferior ao das 
ferramentas de carbonetos. Aplicações: brocas, alargadores, escareadores e fresas.
� Estelita (Co-W-Cr-C): pode operar em temperaturas mais elevadas do que os aços 
rápidos, o que permite trabalhar com velocidades de corte e avanço maiores, tanto 
para usinagem de desbaste quanto de acabamento. Aplicações: confecção de 
dentes postiços para fresas.
Fundamentos: Materiais para ferramentas de corte
� Carbonetos duros sinterizados: são produzidos por metalurgia do pó, usando 
cerca de 70-90% de partículas duras, como carboneto de tungstênio (WC) e cerca 
de 10-30% de Co como ligante metálico. Retém dureza até temperaturas 
superiores a 700ºC. Aplicações: ferramentas de corte para torneamento, furação, 
fresamento, etc, na forma de pontas ou insertos.
� Cerâmicas: alumina (Al2O3), nitreto de silício (Si3N4), nitreto de boro cúbico (CBN). 
O CBN tem dureza próxima à do diamante, com excepcional resistência à abrasão 
e manutenção do corte sob severas condições (é inerte até 1000ºC). 
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Fundamentos: Materiais para ferramentas de corte
� Diamante policristalino: material mais duro conhecido. É possível 
fabricar diamantes sintéticos bastante tenazes com dureza 
aproximada à do diamante natural. Aplicações: usinagem de metais 
não ferrosos e de carboneto de tungstênio sinterizado.
(TiN, por exemplo)
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Fundamentos: Fluidos de corte
� Da energia total consumida na usinagem, quase toda ela (~98%) é convertida em 
calor. O restante (~2%) da energia é retido como energia elástica no cavaco.
� Esse calor produzido no processo é geralmente prejudicial. Alguns metais tem uma 
tendência de produzir um cavaco que adere à face da ferramenta, devido, 
principalmente, à alta pressão entre o cavaco e a ferramenta. Isto aumenta a 
potência requerida para o corte, aumentando o atrito e, consequentemente, o calor. 
Quando o cavaco é retirado, uma grande abrasão na ferramenta é produzida, 
sendo que o acabamento superficial da peça é prejudicado.
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Fundamentos: Fluidos de corte
� Função básica: controlar o calor e lubrificar a ferramenta. Isto pode ser feito:
- Pela direta refrigeração da peça, cavaco e ferramenta;
- Pela redução do atrito pela lubrificação entre a peça, cavaco e ferramenta.
� Requisitos do fluido: deve ter alta capacidade calorífica, alta condutividade 
térmica, baixa taxa de evaporação, não deve corroer a ferramenta, deve ser 
estável e não produzir fumos, além de não ser agressivo à saúde do operador.
Temperaturas da ordem de 540ºC podem ser 
alcançadas na interface ferramenta-cavaco.
Fundamentos: Fluidos de corte
� REFRIGERANTES: Possuem efeito limitado sobre a quantidade de calor gerada no corte; em vez 
disso, removem o calor gerado, reduzindo a temperatura da ferramenta e da peça. Parecem ser 
mais eficazes em velocidades de corte relativamente altas.
� LUBRIFICANTES: são fluidos à base de óleo (porque os óleos possuem boas qualidades de 
lubrificação) formulados para reduzir o atrito entre as interfaces ferramenta-peça e cavaco-
ferramenta. São mais eficazes em baixas velocidades de corte, pois altas velocidades impedem 
que o fluido de corte alcance a interface cavaco-ferramenta e também porque as altas 
temperaturas geradas em altas velocidades fazem com que o óleo se vaporize antes que possa 
lubrificar.
Usualmente, existe um efeito de superposição entre os dois tipos de fluidos de corte. Os 
refrigerantes são formulados com ingredientes que ajudam a reduzir o atrito e os 
lubrificantes tem propriedades térmicas que, apesar de não serem tão boas quanto as da 
água, agem na remoção de calor da operação de corte.
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Fundamentos: Fluidos de corte
� Óleos de corte: mistura de diferentes óleos minerais (à base de petróleo) com aditivos (à base 
de S, Cl e P), não sendo diluídos em água. Usados em usinagens com condições severas de 
corte. Não têm propriedades refrigerantes tão boas quanto os óleos solúveis, mas são 
excelentes lubrificantes e permitem bom controle da oxidação.
� Óleos solúveis: óleos minerais que, através da adição de agentes emulsificantes, formam uma 
emulsão com a água. Aditivos químicos também são usados. Apresentam baixo custo, possuem 
alta capacidade de refrigeração e lubrificação, mas pobre controle da oxidação.
� Fluidos sintéticos (emulsões químicas): óleo emulsificado em água e produtos químicos (à
base de S, Cl e P) dissolvidos. Apresentam boa capacidade de refrigeração, mas sua 
capacidade lubrificante é inferior a de outros tipos de fluidos de corte.
Fundamentos: Fluidos de corte
� Direções possíveis de aplicação do líquido lubrirefrigerante:
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Fundamentos: Usinabilidade
� Definição: facilidade com que o cavaco pode ser separado do material. Um material 
com boa usinabilidade requer baixa potência, causa desgaste desprezível na ferramenta 
e produz um bom acabamento superficial.
� Propriedades que alteram a usinabilidade:
1 – Resistência ao cisalhamento;
2 – Encruamento;
3 – Dureza;
4 – Coeficiente de atrito (varia com o tipo de material);
5 – Condutividade térmica;
6 – Abrasividade.
Com o aumento da resistência do 
material, as forças de corte, a 
energia específica de corte e a 
temperatura de corte aumentam, 
fazendo com que o material se 
torne mais difícil de usinar.
Fundamentos: máquinas-ferramenta
� Máquina-ferramenta: qualquer máquina com motor de acionamento que execute 
uma operação de usinagem.
- Máquinas-ferramenta convencionais: em geral são comandadas por um operador 
humano, que faz a fixação da peça a ser usinada, retira as peças após o processo, 
troca as ferramentas de corte e ajusta as condições de corte.
- Máquinas-ferramenta modernas: são projetadas para realizar suas operações com a 
forma de automação denominada comando numérico computadorizado (CNC).
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Referências Bibliográficas
� Groover, M. P. Introdução aos processos de fabricação. Rio de 
Janeiro: LTC, 2014.
� Kiminami, C. S.; Castro, W. B.; Oliveira, M. F. Introdução aos 
processos de fabricação de produtos metálicos. São Paulo: Blucher, 
2013.
� Chiaverini, V. Tecnologia Mecânica. 2. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 
1986.