Lista 1 - Usinagem

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
Instituto Politécnico – IPUC - Curso de Engenharia Mecânica / Aeronáutica 
Usinagem / Processos de Fabricação I – Primeira Lista de Exercício 
Professor: 
 
 
 
A LISTA DE EXERCÍCIO DEVE SER ENTREGUE ATÉ O DIA DA PROVA 
 
 
1) Defina usinagem e suas operações de desbaste e acabamento. 
 De uma maneira simples, Usinagem pode ser definida como um processo de fabricação 
com remoção de cavaco. Ou ainda como uma operação que, ao conferir à peça forma, 
dimensões e acabamento, produz cavaco. Sendo o cavaco a porção de material da peça 
retirada pela ferramenta e caracterizado por não possuir uma forma regular. 
As operações de usinagem são classificadas de acordo com a máquina-ferramenta utilizada 
para executar tal operação e podem ser subdivididas em desbaste ou acabamento. 
 DESBASTE: Operação com alta taxa de remoção de material, limitada pela seleção da 
ferramenta e potência da máquina. 
 ACABAMENTO: Remoção do sobremetal deixado pelo desbaste conferindo à peça ajuste 
dimensional e qualidade superficial na peça terminada. 
 
2) A usinagem pode ser definida em processos convencionais e não convencionais. Explique a 
afirmação e cite três exemplos de processos de usinagem convencional e não convencional. 
 
Convencionais: em tais processos, as operações de corte utilizam energia mecânica para a 
remoção de material da peça, principalmente, por cisalhamento entre a ferramenta e a 
peça. São divididos entre processos com ferramenta de geometria definida e com 
geometria não definida, exemplo torneamento, fresamento, furação, Aplainamento, 
Retificação. 
 
Não convencionais: nos processos não convencionais, as operações de corte utilizam outro 
tipo de energia, como, por exemplo a termoelétrica. Nesse caso, não são geradas marcas 
nas superfícies da peça e a taxa de remoção de material é muito menor do que nos 
processos convencionais. São eles: usinagem com jato de água, jato de água com abrasivo, 
ultra-som, eletroquímica, eletro-erosão, laser, plasma e feixe de elétrons. 
 
3) A geometria da ferramenta é de extrema importância na usinagem. Demonstre através de 
desenhos esquemáticos os quatro principais planos e os sete principais ângulos de referência da 
ferramenta. 
 
Plano de referência da ferramenta (Pr): é o plano que passa pelo ponto de corte e é 
perpendicular à direção 
 
Plano de corte da ferramenta (Ps): é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido, é 
tangente á aresta de corte nesse ponto e é perpendicular ao plano de referência da 
ferramenta 
 
Plano ortogonal da ferramenta (Po): é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido e é 
perpendicular aos planos de referência Pr e de corte Ps. 
Plano admitido de trabalho (Pf): é o plano que passa pelo ponto de corte escolhido, é 
perpendicular ao plano de referência e paralelo à direção de avanço. 
 
 
 
 
 
 
4) O que ocorre com a resistência da ferramenta para um valor de  (ângulo de cunha) reduzido? 
Diminuído o ângulo de cunha da ferramenta acaba diminui a sua resistência e a sua 
capacidade de dissipação de calor. 
 
5) Qual é a função do ângulo de saída? Qual a influência desse ângulo quando positivo e quando 
negativo? 
Ângulo de saída influi decisivamente na força e na potência de corte, no acabamento 
superficial e no calor gerado. 
Quando maior o ângulo menor será o trabalho de dobramento do cavaco. 
Ângulo negativo é muito usando para corte de materiais de difícil usinabilidade e em cortes 
interrompidos, com o inconveniente da necessidade de maior força e potências de 
usinagem e maior calor gerado na ferramenta. 
 
6) Qual é a função do ângulo de folga? Se ele for muito pequeno, o que isso acarreta? 
Ângulo de Folga Evitar atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta. 
Se ângulo e pequeno, a cunha não penetra convenientemente no material, a ferramenta 
perde o corte rapidamente e perde rigidez, grande geração de calor e prejudica o 
acabamento superficial. 
Se o ângulo é grande, a cunha da ferramenta perde resistência, podendo soltar pequenas 
lascas ou quebrar. 
7) Qual é a função do ângulo de posição? Qual a sua importância quanto à força passiva? 
O ângulo de posição é o ângulo entre a aresta de corte principal da pastilha e a superfície 
da peça. O ângulo de posição afeta a espessura dos cavacos, forças de corte e vida útil da 
ferramenta. 
Distribui as tensões de corte favoravelmente no início e no fim do corte. 
Aumenta o ângulo de ponta, aumentando a sua resistência e a capacidade de dissipação de 
calor. 
Influi na direção de saída do cavaco. 
 
8) Durante o processo de usinagem alguns movimentos são de suma importância. Alguns deles 
atuam na retirada de cavaco, enquanto outros não retiram cavacos efetivamente. Indique os 
principais movimentos de usinagem e faça um desenho ilustrando os movimentos que causam a 
retirada do cavaco. 
Movimento de corte: É o movimento relativo entre a peça e a ferramenta que força o 
material da peça a escoar sobre a face da ferramenta, proporcionando a formação de 
cavaco. 
Movimento de avanço: É o movimento relativo entre a peça e a ferramenta o qual, 
combinado ao movimento de corte, proporciona uma remoção contínua do cavaco e 
consequente formação de uma superfície usinada. 
Movimento resultante de corte: É o movimento resultante dos movimentos de corte e de 
avanço. 
 
 
 
9) Defina o que é cavaco e quais são as etapas do seu mecanismo de formação. 
Cavaco é a porção de material da peça retirada pela ferramenta e caracterizada por não 
possuir uma forma regular, cujo objetivo é obter peças com forma, dimensão e 
acabamento definido. 
 
Recalque Inicial: Momento do primeiro contato da cunha cortante com o material da peça, 
uma porção desse material é pressionada contra a ferramenta. (Ainda unido à peça) 
 
Deformação e Ruptura: O material em contato com a ferramenta sofre inicialmente uma 
de formação elástica, seguido de uma deformação plástica, que aumenta 
progressivamente até o estado de tensão provocar sua ruptura por cisalhamento. 
 
Deslizamento das Lamelas: continuando a penetração da ferramenta na peça, haverá uma 
ruptura parcial, ou completa na região de cisalhamento primário, dando origem a cavacos 
contínuos ou descontínuos. (Em função do material da peça e dos parâmetros de corte) 
 
Saída do cavaco: De acordo com o movimento relativo entre a ferramenta e a peça, inicia-
se um escorregamento da porção do material deformado ou rompido sobre a superfície de 
saída da ferramenta. 
 
10) Explique, com suas palavras, o mecanismo de formação do cavaco segmentado. 
Caracterizados por uma grande deformação plano de cisalhamento que gera um aumento 
na temperatura é propaga por condução para a peça e o cavaco e esse calor gerado 
proporciona uma perda de resistência ao cisalhamento. 
 
11) Cite e explique alguns procedimentos ou mecanismos que podem ser adotados para alterar a 
morfologia do cavaco. Qual seria, em sua opinião, a melhor morfologia do cavaco. Justifique 
sua resposta. 
 
A morfologia e forma de como o cavaco se representa, o tipo de material da peça pode 
altera a morfologia, a melhor morfologia seria dos materiais que forma cavaco curto 
porque não prejudica o acabamento da peça e evita acidentes que pode ocorre com o 
operado. 
 
12) O que é aresta postiça de corte. 
A aresta posição de corte, APC, se forma durante a usinagem em velocidade de corte 
intermediaria para baixo é pelo material da peça que está sendo usinada que se adere a 
aresta de corte. É muito comum em materiais extremamente dúcteis, como as ligas de 
alumínio e aços inoxidáveis, e pode causar a quebra prematura da ferramenta. 
 
13) Faça uma relação da lei de atrito de Coulomb e explique os regimes de atrito possíveis em dois 
sólidos em contato quanto à sua relação de área real e área aparente. Em qual local da 
interface cavaco/ferramenta esses regimes são observados? Use diagramas (desenhos) para 
embasar sua resposta.A força cisalhante esta estar pela força normal, onde a tensão normal muito alta o 
cisalhamento e menor. 
Ar<Aa – zona escorregamento 
Ar=Aa – zona aderência 
 
Na zona de aderência: 
A Tensão Cisalhante é cte e prevalece o limite de resistência ao cisalhamento do material 
da peça. 
Na zona de escorregamento: 
A ligação que ocorre é mais fraca que as ligações internas do material. Fenômeno Stick-Slip. 
 
14) Qual a importância do estudo da força e potência de usinagem dos materiais? Quais os 
principais fatores podem influenciar na pressão específica e consequentemente na potência de 
corte? Explique a relevância em cada parâmetro. 
 
O conhecimento do comportamento e da ordem de grandeza dos esforços de corte nos 
processos de usinagem é de fundamental importância pois eles afetam: 
A potência necessária para corte, tolerância mais precisa, desgaste da ferramenta e 
temperatura de corte. 
 O conhecimento das forças de usinagem ou de suas componentes (força de corte, de 
avanço e passiva) é a base para o projeto de uma máquina ferramenta, para a determinação 
das condições de corte, para a avaliação da precisão de uma máquina ferramenta, em certas 
condições de trabalho (deformação da ferramenta, máquina e peça), para a explicação de 
mecanismos de desgaste e também como um critério para a determinação da usinabilidade 
de peças. 
 
15) Calcule a força de corte necessária para remover material em uma operação de torneamento 
de um aço ABNT 1030 com profundidade de corte máxima de 0,8 mm e avanço de 0,2 
mm/volta. Expresse a força em kgf, ângulo de posição 45°. 
 
 
 
16) Deseja-se tornear uma peça de aço ABNT 1060, utilizando uma ferramenta positiva, com 
ângulo de posição de 60°de metal duro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Calcule o tempo ativo de usinagem para se obter a peça da figura da questão. Levar em 
consideração os parâmetros de usinagem propostos na tabela a seguir. Tarugo inicial com 
comprimento de 205,00 mm e diâmetro de 80,00 mm. 
Parâmetros de entrada Vc (m/min) f (mm/rev) Ap ou Ae *(mm) 
Desbaste 250,00 0,60 1,50 
Acabamento 250,00 0,10 0,30 
Faceamento 250,00 0,20 0,40* 
 
Pede-se também a potência efetiva de corte para usinar a peça abaixo, utilizando uma máquina 
ferramenta (torno) com 72% de eficiência. 
 
 
 
 
 
17) Calcular a potência de efetiva de usinagem para um material CK45 com diâmetro de 60 mm, 
utilizando os seguintes parâmetros de corte: avanço de 0,2mm/rot, profundidade de corte 1,5 
mm, ângulo de posição 95° e velocidade de corte 200 m/min. Rendimento do motor = 77%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18) Para o diagrama abaixo calcule a força de efetiva de corte. Rendimento do motor de 85%. 
 
 
 
 
19) Determine a potência de corte requerida para desbastar uma peça de aço ABNT 1045, com 
ferramenta de metal duro, aplicando-se a profundidade de corte de 1,2 mm e o avanço de 0,4 
mm. Use a máxima velocidade da ferramenta e rendimento da máquina de 65%, ângulo de 
posição 45°. 
 
 
 
 
 
20) Indique as principais propriedades e aplicações das ferramentas de usinagem constituídas dos 
seguintes materiais: 
a) Aço rápido – HSS 
O HSS E com metalurgia em pó oferece um maior teor de elementos de liga e 
uma combinação de propriedades exclusivas que melhoram a tenacidade, a 
resistência ao desgaste e a dureza 
O uso principal do aço rápido continua a ser na fabricação de várias ferramentas 
de corte: brocas, fresas, serras, bits de usinagem, discos para cortar 
engrenagens, plainas. 
b) Metal Duro (descreva sobre suas classes) 
O grande sucesso do metal duro é a combinação de resistência ao desgaste, 
resistência mecânica e tenacidade em altos níveis. O metal duro é fabricado 
pela metalurgia do pó. São utilizadas partículas duras de carbonetos de metais 
refratários sintetizados formando um corpo de alta dureza e resistência a 
compressão. 
Desenvolvidas para aplicações de alta performance por cortes, perfurações, 
chanfros e acabamentos de peças de aços diversos e outros materiais de grande 
resistência muito são revestidos e acaba expandido mais sua aplicação. 
c) Cermet 
O Cermet é um produto composto formado por materiais metálicos e 
cerâmicos. Por conseguinte, situa-se, na classificação entre o Metal Duro e as 
Cerâmicas. A sua formulação básica é constituída por TiC, TiN e Ni como 
aglomerante. 
Aplicações Torneamento de acabamento e mandrilamento de ferro fundido 
cinzento, Torneamento de metais ferrosos sinterizados, Torneamento de semi-
acabamento e acabamento de aço, Semi-acabamento e acabamento de ferro 
fundido dúctil, Usinagem de pistas de rolamentos, Usinagem e fresamento de 
aços em gerais. 
 
d) Cerâmicos 
Os materiais de ferramentas de cerâmicas convencionais podem ser a base de 
Alumínio (Al2O3) ou a base de Silício (Si3N4). 
 Uma boa faixa de materiais e componentes podem ser usinados com 
ferramentas de cerâmica. 
 
As aplicações típicas de ferramentas de alumina/zircônio, inclui o torneamento 
de ferros fundidos cinzento, nodulares e maleáveis (discos e tambores de freios, 
e cilindros) 
 
 
 
e) CBN 
 O nitreto cúbico de boro policristalino, CBN, é um material com excelente 
dureza a quente que pode ser usado em velocidades de corte muito altas e 
apresenta também boa tenacidade e resistência a choques térmicos. 
As classes de CBN modernas são compósitos cerâmicos com um teor de CBN de 
40-65%. A liga cerâmica aumenta a resistência ao desgaste do CBN, o qual, se 
não fosse por ela, teria tendência ao desgaste químico. Outro grupo de classes 
são as classes com alto teor de CBN, com 85% a quase 100% de CBN. Estas 
classes podem apresentar um ligante metálico para melhorar a tenacidade. 
Aplicações CBN são amplamente usadas para torneamento de acabamento em 
aços endurecidos, com uma dureza superior a 45 HRc. Acima de 55 HRc, o CBN é 
a única ferramenta de corte que pode substituir os métodos de retificação 
tradicionalmente usados. Os aços mais macios, abaixo de 45 HRc, contêm uma 
quantidade maior de ferrita, o que causa um efeito negativo na resistência ao 
desgaste do CBN. 
O CBN também pode ser usado para desbaste com alta velocidade de ferros 
fundidos cinzentos em operações de torneamento e de fresamento. 
f) PCD 
 O PCD é um compósito de partículas de diamante sinterizado com um ligante 
metálico. O diamante é o mais duro, portanto, o mais resistente à abrasão de 
todos os materiais. Como um material de ferramenta de corte, ele tem boa 
resistência ao desgaste, porém, falta estabilidade química em altas 
temperaturas e se dissolve facilmente em ferro. 
Aplicações as ferramentas PCD são limitadas a materiais não-ferrosos, como 
alumínio com alto teor de alto silício, compósitos de matriz de metal (MMC) e 
plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP). O PCD com refrigeração 
abundante também pode ser usado em aplicações de super acabamento em 
titânio.