Forças e Potência de Corte na Usinagem

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Docente: Daniel Araújo Amaro
Discentes: Luiz , Israel, Everson, Yago
Disciplina: Usinagem
Curso: Engenharia Mecânica
Turma: 7NA
Forças de Usinagem
4.2
4.3
4.4
4.5
4. Forças e Potência de Corte
4.1
Potência de Usinagem
Variação da Força
Cálculos de Ks
Fatores de Influência
INTRODUÇÃO
O estudo desse tema é de fundamental importância para compreensão das grandezas dos esforços de corte durante o processo de usinagem pois essas vão determinar a potência necessária para o dimensionamento do motor da máquina-ferramenta, assim como a capacidade de obtenção de tolerâncias apertadas, a temperatura de corte e o desgaste da ferramenta. Também se faz necessário conhecer o comportamento e a ordem das forças atuantes para se estimar a potência para projetos de máquinas operatrizes, suporte e fixação de ferramentas. 
Forças que atuam durante a usinagem
As forças que atuam durante um processo de usinagem são consideradas como uma ação da peça sobre a ferramenta de corte e a resultante dessas forças presentes na cunha cortante é chamada força de usinagem (Fu). Essa força é decomposta em duas componentes, sendo uma no plano de trabalho, chamada de força ativa (Ft) e a outa que fica perpendicular ao plano de trabalho chamada força passiva ou força de profundidade (Fp).
Força Ativa
A força ativa é dividida em componentes que contribuem para força de usinagem pois estão no plano de trabalho onde de fato os principais movimentos de usinagem são executados.
 Componentes da força ativa:
 
Força de corte (Fc): Projeção da Fu sobre a direção de corte.
 
Força de avanço (Ff): Projeção da Fu sobre a direção de avanço.
 
Força de apoio (Fap): Projeção da Fu sobre a direção perpendicular à
 direção de avanço situada no plano de trabalho.
 
Força efetiva de corte (Fe): Projeção da Fu na direção efetiva de corte.
Força de usinagem e suas diversas componentes
Força Passiva
Componente de Fu que não contribui para potência de usinagem, pois é perpendicular ao plano de trabalho onde ocorrem os movimentos de corte e avanço, no entanto ela é responsável pela deflexão elástica da peça e da ferramenta durante o corte e por esse motivo ela é responsável pela dificuldade de obtenção de tolerâncias de forma e dimensões apertadas.
Com isso temos a seguinte relação entre as forças de usinagem ativa e passiva.
Potência De Usinagem
Uma máquina de usinagem deve conter potência suficiente pra girar seu eixo-árvore para que possam ser executados os movimentos de corte e avanço, dessa forma podem-se estabelecer as relações para as potências de corte e avanço. 
Potência de corte: 
 [cv] ou [kw]
Potência de avanço:
 [cv] ou [kw]
Relação entre as potências de corte e avanço:
 onde: e 
Potência De Usinagem
 Potência fornecida pelo motor:
 Em máquinas operatrizes que comporta apenas um motor para 
 movimentos de corte e avanço, Pc é muito maior que Pf, por tanto
 desprezando Pf temos:
 onde = ao rendimento da máquina
 Em máquinas convencionas com caixa de redução esse rendimento
 varia de 60 a 80% já em CNC onde o motor tem controle de rotação,
 esse rendimento ultrapassa os 90%
Variações da força de corte nas condições de trabalho
A variação das forças de corte durante o fresamento frontal por exemplo, pode ser avaliada através da velocidade de corte e de avanço por aresta. Os resultados desse estudo indicaram que dentro da faixa dos parâmetros utilizados, o avanço foi o movimento que mais influenciou o aumento das forças de usinagem. 
A força de corte pode ser expressa pela relação
Onde: Pressão específica do corte.
 Área da secção de corte
Obs: No torneamento 
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Material da peça: 
Os elementos que compõem a liga de uma peça a ser usinada interferem diretamente na pressão específica de corte (Ks). No aço por exemplo, quanto maior for seu percentual de carbono, maior será a pressão específica de corte, por outro lado o aumento no percentual de fósforo provoca a diminuição do valor de Ks. Outro elemento como o chumbo, boro e o sulfato de manganês atuam no mesmo sentido. Durante a formação do cavaco esses elementos se deformam plasticamente e produzem planos de baixa resistência onde a energia necessária para a ruptura do cavaco é menor. Além disso, essas inclusões funcionam como lubrificantes na interface cavaco-superfície.
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Dentre as propriedades de um material, o que mais pode ser correlacionado com a pressão específica de corte é a tensão de ruptura por cisalhamento do material () uma vez que a formação do cavaco é um processo que envolve bastante cisalhamento.
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Material e Geometria da ferramenta: 
Com os diferentes tipos de materiais de ferramenta de corte, ocorre uma pequena variação do coeficiente de atrito entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta, porém essa variação não influencia nos valores de K. Ferramentas com cobertura de Nitreto de titânio tende a diminuir o coeficiente de atrito entre o cavaco e a ferramenta e entre a ferramenta e a peça, com isso propiciam valores de Ks menores do que em outras ferramentas. 
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
O ângulo de inclinação () e principalmente os ângulos de saída (), provocam uma diminuição de Ks a medida que seus valores aumentam, pois a deformação do cavaco diminui. Nota-se no entanto que o aumento de () diminui a resistência da ferramenta e aumenta sua sensibilidade aos choques. Esta característica fica bem evidente quando se usina materiais dúcteis, pois eles se deformam bastante antes de se romperem.
Na usinagem de materiais frágeis como ferro fundido, que possui uma deformação muito pequena antes da sua ruptura, a influência destes ângulos na pressão de corte é desprezível, pois por menor que seja a deformação a ruptura acontece, sendo de pouca influência a variação dos ângulos de inclinação e de saída. No entanto no corte de materiais frágeis é recomendado a utilização de ângulos de inclinação e saída negativos, porque eles não interferem nos esforços de corte e oferecem uma maior resistência da cunha da ferramenta. 
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Também se recomenda ferramentas com geometria negativa (principalmente no torneamento) mesmo na usinagem de materiais dúcteis, pois sempre é bom que a cunha da ferramenta possua uma maior resistência ao choque. 
Geometrias positivas dos ângulos são recomendadas apenas em materiais dúcteis quando baixas forças de corte são necessárias, podendo assim ser trabalhados em máquinas pequenas de baixa potência de usinagem.
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Em se tratando do ângulo de folga (), quando este diminui, o atrito entre a peça e a ferramenta aumenta elevando também o valor de Ks e isso se torna crítico quando é menor que 5°. 
Um aumento do ângulo de folga muito acima de 5° praticamente não tem influência no valor da pressão de corte, no entanto diminui a cunha da ferramenta assim como sua resistência ao choque.
Já o ângulo secundário de posição () deve ser maior que 5° para que não haja interferência entre a aresta lateral de corte com a superfície trabalhada da peça.
Secção de corte (A): 
Com o aumento do avanço (f) ocorre diminuição de área e consequentemente queda na pressão específica de corte. 
Assim o escorregamento do cavaco acaba gerando o chamado:
FLUXO LATERAL DE CAVACO.
Fluxo Lateral de Cavaco
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Velocidade de corte (Vc): 
Com a presença de aresta postiça (APC-Cap 5) ocasiona diminuição na Ks devido ao aumento do ângulo de saída. Portanto tamanho e geometria da APC variam Ks. 
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Condições de Lubrificação e Refrigeração: 
Modifica condições de atrito entre cavaco eferramenta.
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Estado de Afiação da Ferramenta: 
Apenas na presença do desgaste de flanco a Ks aumenta a medida que o desgaste cresce.
Desgaste De Cratera
Desgaste De Flanco
Fatores que influenciam a pressão 
específica de corte (Ks)
Métodos 
Cálculo de Taylor 
Ks = 
Ks = 
Ks = 
Para FoFo Cinzento
Para FoFo Branco
Para Aço Doce
Onde:
Ks = Pressão Específica de Corte
f = Avanço
Ap = Ângulo de Posição
Cálculo de ASME (Ausschuss fur Wirtshftiche Fertigung)
Onde:
Ca =Constante do Material ( Tabelado)
f = Avanço
N = 0.2 para aço e 0.3 para Ferro Fundido
Ks = 
Ks = Pressão Específica de Corte
Cálculo de Kienzle
Onde:
Ks1 = Constante do Material (Tabelado)
Z = Constante do Material
H = Espessura de Corte
Ks = Pressão Específica de Corte
Ks = = Ks1. 
Forças de Avanço e Profundidade
Raio de ponta da ferramenta: 
Quanto maior mais força de profundidade e menor força de avanço.
Ângulo de posição ou direção: 
Crescimento gera aumento na força de avanço principalmente para ângulos de posição pequenos.
Força de Profundidade: 
Decresce com o aumento do ângulo de posição.
Ângulo de inclinação: 
Quanto menor maior a força de profundidade.
Forças de Avanço e Profundidade
Raio de ponta da ferramenta: 
Quanto maior for o raio, maior força de profundidade e menor força de avanço.
Forças de Avanço e Profundidade
Ângulo de posição ou direção: 
Crescimento gera aumento na força de avanço principalmente para ângulos de posição pequenos.
Forças de Avanço e Profundidade
Ângulo de inclinação: 
Quanto menor maior a força de profundidade.
Forças de Avanço e Profundidade
Força de Profundidade: 
Decresce com o aumento do ângulo de posição.
Referências
Tecnologia de usinagem dos materiais - Anselmo Diniz
https://pt.slideshare.net/StfanoBellote/potncias-de-corte-artigo