Aula 5 Aula Forç Press Pot e Temp

Prévia do material em texto

Aula: Força, Potência e Temperatura de Corte
FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE
• Força de usinagem Fu – é a força total que atua sobre uma 
cunha cortante durante a usinagem
Componentes da força de usinagem estão contidas :
No plano de trabalho;
No plano de referência.
FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE
22
fapt FFF 
Força ativa (Ft)
Força passiva (Fp)
2
t
2
pu FFF 
Força de corte (Fc)
Força de avanço (Ff)
Força de apoio (Fap)
Força efetiva de corte (Fe)
Forças de Usinagem
A força de usinagem depende de diversos fatores:
• Material da peça
• Área da seção de corte
• Espessura de corte h
• Geometria da ferramenta e ângulo de posição
• Estado de afiação da ferramenta
• Material da ferramenta
• Lubrificação
• Velocidade de corte
Forças de Usinagem (Corte Ortogonal)
Forças de Usinagem (Corte Ortogonal)
força de avanço
Forças de Usinagem (Corte Ortogonal)
N
F
tg  
Coefificente de atrito
Tensão normal 
no plano de 
cisalhamento
Tensão cisalhante 
no plano de 
cisalhamento
Potência de Corte
Potência de Corte Pc é o produto da força de corte Fc com a 
velocidade de corte vc
Para Fc em kgf e vc em m/min tem-se
(CV- cavalo vapor) (8)
Potência de avanço Pa é o produto da força de avanço Fa (kgf) 
com a velocidade de avanço va (mm/min)
(CV) (9)
7560 

 ccc
vF
P
75601000 

 aaa
vF
P
Potência de Corte
Potência fornecida pelo motor
onde η é o rendimento da máquina operatriz, igual a 60 a 80%.

c
m
P
P 
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
Taylor:
para FoFo cinzento
para FoFo branco
para aço doce
07.025.0
88
apf
ks


07.025.0
138
apf
ks


07.0
200
f
k s 
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
ASME
onde
Ca = constante do material
f = avanço
n = 0.2 para aço e 0.3 para ferro fundido
Tabela V.3 p. 176-177 (aço rápido-18% W, 4% Cr, 
1% V) . Para = 60º = 8º e = 6º .
n
a
s
f
C
k 
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
AWF
onde 
Cw = constante do material
f = avanço
Tabela V.3 para = 45o
477.0f
C
k ws 
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
KRONENBERG
G = ap/f = índice de esbeltez
s= área da seção de corte
C, Cks, ps, qs, gs e fs são constantes que dependem do 
material da peça e da ferramenta
fs
gs
ks
qspss s
G
C
apf
C
k










5
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
KRONENBERG
Gráficos 5.27 (p.180), 5.28(p.181), 5.29 (p.181) e 5.30 
(p.182) FERRARESI - fornecem os valores de Cks, F1 
e F2 
SEGUNDO AS SEGUINTES FÓRMULAS:
AÇO FoFo
)1(
1
fssF 
gs
G
F 






5
2
)803.0(
1 sF 
160.0
2
5







G
F
863.0
1 sF 
120.0
2
5







G
F
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
Kienzle
A Tabela V4 apresenta os valores de ks1 e 1-z dos 
materiais ensaiados por Kienzle. 
bhkbhkF zssc 
1
1
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
Geometria da
ferramenta
(o) (o) (o) l(o) e(o) (o) r
(mm)
Usinagem de
aço
5 79 6 -4 90 45 1
Usinagem de
ferro fundido
5 83 2 -4 90 45 1
Ferramenta afiada (para ferramentas com desgaste, no fim da vida,
considerar um aumento de ks1 até 30%)
As condições de ensaio foram as seguintes:
•Velocidade de corte variando de 90 a 125 m/min
•Espessura de corte variando de 0,1 a 1,4 mm (extrapolação 
permissível até h = 0,05 mm e h = 2,5 mm)
•Ferramenta de MD sem fluido de corte
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
c
VALORES TÍPICOS DE ENERGIA ESPECÍFICA
INTRODUÇÃO
 Importância da Temperatura na Usinagem:
• Precisão na forma da peça
• Microestrutura Superficial
• Desgaste na ferramenta
• Limitações na velocidade de corte
TEMPERATURA DE CORTE
ORIGEM DO CALOR
 As principais fontes de calor no 
processo usinagem são:
• Processo de cisalhamento do cavaco
• Atrito com do cavaco com a superfície de saída da ferramenta
• Atrito da peça com a ferramenta
A quantidade de calor gerada por cada um dessas fontes varia de acordo com o tipo de
usinagem, material da peça e da ferramenta, as condições de usinagem e a forma da
ferramenta.
Fonte Sandvik (2000) 
TEMPERATURA DE CORTE
ORIGEM DO CALOR
 Experimentalmente 87 à 90% de todo trabalho 
mecânico de usinagem se transforma em calor.
 Calor produzido: 
TEMPERATURA DE CORTE
DISSIPAÇÃO DO CALOR
O calor gerado, na usinagem a seco, é transferido para a peça, ferramenta e cavaco
em diferentes proporções, onde o cavaco na maioria dos casos é responsável pela maior 
parte de calor dissipado no processo.
TEMPERATURA DE CORTE
DISSIPAÇÃO DO CALOR
A parcela de dissipação de calor por cada um dos envolvidos varia com a velocidade 
de corte:
Diniz, Anselmo Eduardo 2000
TEMPERATURA DE CORTE
DISSIPAÇÃO DO CALOR
 O Fluído de Corte e suas funções quanto à temperatura de usinagem:
• Refrigeração
• Lubrificação (reduz o atrito, diminuindo assim a geração de calor)
Retificação
Furação
TEMPERATURA DE CORTE
FATORES INFLUENTES NA TEMPERATURA DE USINAGEM
 Existem diversos fatores que influenciam na 
temperatura de usinagem dos materiais :
• Formato e posicionamento da ferramenta 
• Velocidade de Corte
• Avanço
• Profundidade de Usinagem
• Uso ou não de fluidos de corte
TEMPERATURA DE CORTE
CONSEQUÊNCIAS DO AUMENTO DA TEMPERATURA
 Redução da vida da ferramenta de corte
 Modificação da integridade superficial
 Redução na precisão de tolerâncias e formas
 Facilidade nos cisalhamentos ( força de usinagem)
 Aumento do coeficiente de Atrito ( desgaste, força de atrito)
 Limitação na produtividade ( velocidade de corte)
 Difusão atômica
TEMPERATURA DE CORTE
MODELOS PARA ESTIMAÇÃO DA TEMPERATURA DE USINAGEM
DT = aumento da temperatura média na interface 
ferramenta cavaco (K) 
u = energia específica de corte da operação, J/m3
vc = velocidade de corte, m/s
h0 (= h = t) = espessura de corte, m 
 = densidade do material (kg/m3) 
C = calor específico do material trabalhado, J/(kg.K) 
k = condutividade térmica do material W/(m.K) 
 = difusividade térmica do material (m2/s) 
A equação funciona para b/h0 > 5 
TEMPERATURA DE CORTE
EXERCÍCIO 1:
Exercícios (Parâmetros de Corte)
(considere u = 1,1 J/mm3 (slide 18) e  = 80% (slide 9) 
EXERCÍCIO 2:
Exercícios (Parâmetros de Corte)
EXERCÍCIO 3:
A força de corte (Fc) e de avanço (Ff) foram medidas durante uma operação de corte
ortogonal (Ff = Ft) com valores de 1559 N e 1271 N, respectivamente. Sabendo-se que
a largura do corte é 3,0 mm, a espessura de corte é 0,5 mm e o ângulo de saída da
ferramenta vale 10°, determine:
(a) o ângulo de atrito e o coeficiente de atrito;
(b) a resistência ao cisalhamento (tensão cisalhante) durante a formação do cavaco;
(c) a potência de corte e a energia específica de corte necessárias para realizar o
processo de usinagem com velocidade de corte vc = 100 m/min;
(d) o aumento na temperatura em relação à temperatura ambiente de 20° C.
(considere ·C = 0,003 J/(mm3°C) e  = 50 mm2/s).
Exercícios (Corte Ortogonal)
Pretende-se tornear um eixo de aço ABNT 1035, de diâmetro 100 mm,
profundidade de usinagem ap = 4 mm, avanço fn = 0,56 mm/rev, rotação
n = 320 rpm. Para tanto empregou-se uma ferramenta de metal duro P20 de
características geométricas  = 60º,  = 6º ,  = 15º , λ = 0o, r = 0,5 mm.
Calcular a força e a potência de corte segundo:
a) ASME, b) AWF, c) Kronemberg e d) Kienzle
Exercícios (Forças de Corte)
EXERCÍCIO 4: