Aula 06 - FORÇA E POTENCIA DE USINAGEM

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Prof. Fillipe Virgolino – Engº. Mecânico RECIFE, 2019.1
GRADUAÇÃO
ENGENHARIA MECÂNICA 
DISCIPLINA : PROCESSOS DE FABRICAÇÃO II
(USINAGEM)
CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTÁCIO RECIFE
CAMPUS SAN MARTIN
APRESENTAÇÃO DO PROFESSOR
• Doutorando em engenharia Mecânica
• Mestre em engenharia Mecânica
• Especialista Engenharia de Segurança do Trabalho
• Engenheiro Mecânico;
Contato:
fsmecanica@gmail.com
FILLIPE VIRGOLINO
mailto:fsmecanica@gmail.com
CONTEÚDO DO CURSO
Unidade 1 Conceituação
1.1. Conceitos Básicos sobre usinagem.
Unidade 2 Geometria das Ferramentas de Corte
2.1. Planos;
2.2. Ângulos e arestas;
2.3. Quinas e pontas.
Unidade 3 Mecanismo de Formação do Cavaco e Formas de Cavacos
3.1 - Grau de recalque;
3.2 - Tipos e formas de cavacos;
3.3 - Quebra-cavacos;
3.4 - Cuidados de armazenagem e preservação do meio ambiente.
Unidade 4 Materiais usados nas Ferramentas
4.1 - Tipos, características e restrições.
Unidade 5 Força e Potência de Usinagem
5.1 - Pressão específica.
CONTEÚDO DO CURSO
UNIDADE 6 USINABILIDADE
6.1 - Conceitos.
Unidade 7 Fluidos de Corte
7.1 - Tipos e características;
7.2 - Influência sobre o meio ambiente.
Unidade 8 Falhas e Desgastes das Ferramentas
8.1 - Critérios de fim de vida.
Unidade 9 Curva de Vida de uma Ferramenta
9.1 - Conceitos.
Unidade 10 Determinação das Condições Ecônomicas de Usinagem
10.1 - Velocidade de corte de máxima produção e velocidade de mínimo custo;
10.2 - Intervalo de máxima eficiência.
CONTEÚDO DO CURSO
Unidade 11 Torno Paralelo
Unidade 12 Tornos
Unidade 13 Plainas
Unidade 14 Furadeiras
Unidade 15 Mandriladoras
Unidade 16 Brochamento
Unidade 17 Fresamento
Unidade 18 Dentadoras
• DINIZ, Anselmo Eduardo. Tecnologia da Usinagem 
dos Materiais. São Paulo: mm editora.
• FERRARESI, Dino. Fundamentos da Usinagem 
dos Metais. São Paulo: Ed. Edgar Blücher Ltda, 
1995, 9ª reimpressão.
• TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE. 
Mecânica. Processos de Fabricação.
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
Introdução: Movimentos e Grandezas
 Ativos : promovem remoção de Material
 Movimento de corte (B)
 Movimento de avanço (A):
Contínuo no Torneamento (Figura 1) e Furadeira;
Intermitente na operação de Aplainamento(Filme)
 Movimento efetivo de Corte: Contínuo = M. de corte +
M. de avanço; Intermitente = M.de corte
Figura 1
Introdução: Movimentos e Grandezas
 Ativos : promovem remoção de Material
 Movimento de corte (B)
 Movimento de avanço (A): Contínuo no Torno e 
Furadeira; Intermitente na Plaina
 Movimento efetivo de Corte: Contínuo = M. de corte +
M. de avanço; Intermitente = M.de corte
Movimento 
de corte
Movimento 
deAvanço
n
D
A A
Direção dos movimentos de corte, avanço 
e efetivo de corte no torneamento.
: ângulo da direção do avanço;
: ângulo da direção efetiva
Geometria do Torneamento
Movimentos do Processo de Usinagem
A-A
Cunha de 
corte
A
A
Superfície de
folga
Superfície de 
saída
Aresta 
principal de 
corten
V
f
Peça
A-A
A-A
n
D
A A
Direção dos movimentos de
corte, avanço e efetivo de
corte no torneamento.
: ângulo da direção do 
avanço;
: ângulo da direção efetiva
Movimento efeitvo
n
Vf
Peça
A-A
Ve Vc
=90º
Movimento de corte
Ferramenta de corteMovimento de avanço
Plano de trabalho
Figura 1: Torneamento
Movimentos do Processo de Usinagem
 Passivos: Não promovem remoção de material ao ocorrerem:
 Movimento de ajuste (C): pré-determinação da
espessura da camada de material a ser removida.
Sangramento, furação e brochamento não ocorre este
movimento
 Movimento de correção: compensação no
posicionamento causado por fatores como desgaste,
variações térmicas, def. plásticas, etc.
 Movimento de aproximação: antes da usinagem
 Movimento de recuo: após a usinagem
 Importância: Tempo total de fabricação depende do tempo
gasto em cada um desses movimentos.
Movimentos Passivos
Movimentos Passivos
D
Movimento de Ajuste C
ap
A-A
Movimento de ajuste (C): pré-determinação
da espessura da camada de material a ser
removida. Sangramento, furação e
brochamento não ocorre este movimento
Movimento de ajuste (C): pré-determinação
da espessura da camada de material a ser
removida. Sangramento, furação e
brochamento não ocorre este movimento
ap
Vf
n
Sangramento: ap equivale a espessura
da lâmmina que penetra no metal
Peça
Vf
Vc
n
Furação: ap equivale ao diâmetro da
broca dividido por 2
Movimentos Passivos
Movimento de ajuste (C):
pré-determinação da
espessura da camada de
material a ser removida.
Sangramento, furação e
brochamento não ocorre
este movimento
Brochamento: ap equivale a
espessura da lâmina que penetra no
metal até atingir a forma final
Brochamento: 
Seqüência da 
operação
Movimentos Passivos
Movimentos Passivos
n
D
A
A
desgaste
x
Movimento de Correção C
A-A
x
A-A
Movimento de correção:
compensação 
posicionamento 
por fatores
def.
no 
causado
como
variações
plásticas,
desgaste,
térmicas,
etc.
Movimentos Passivos
D
A
R
Movimento de aproximação: antes da usinagem
Movimento de recuo: após a usinagem
n
Movimento de 
Recuo (R) Movimento de 
Aproximação (A)
Grandezas do Processo de Usinagem
cvn 
  D i
2
 D f
a p 
D i
Profundidade de usinagem, ap (mm)
Velocidade de corte, Vc (m/min)
1000
i
c
V 
  D n
Rotação da peça, n (rpm)
D
i
l
D
f
vc
ap
n
vf
f
Velocidade de avanço, Vf (mm/min)
v f  n  f
Exemplo 1 - Determinar a velocidade de corte em uma operação de
torneamento de uma peça de 45mm de diâmetro, girando a 750 rpm.
1000
 45750
Vc=  Vc = 106m/min
  70

Exemplo 2 - Em uma operação de torneamento de uma peça de 70 mm,
a velocidade de corte indicada é de 160m/min. Determinar a rotação a
ser selecionada no torno.
n=
1000 Vc
n=
1000 160
  D
n = 728 rpm
Exemplos
Grandezas do Processo de Usinagem
Onde:
 - Ângulo de Posição
ap - Profundidade de Usinagem
f - Avanço
b - largura de corte
h - Espessura de corte
ap 
s en
h  f  sen
b 
  90º

f
Área da seção do cavaco (A) 
A = ap * f = seção do cavaco ( = 90º ) 
A= b * h = seção do cavaco (  90º )
ap
f

A
ap
b
A
f
h
b
 h

ap
Grandezas do Processo de Usinagem
f
c
v
t 
L
D
i
L
D
f
vc
ap
f n
Tempo de corte tc (min)
Onde L é comprimento de corte (mm)
Taxa de remoção de material, Q , (mm3/min)
Q  vc ap  f
Potência de corte (kW)
P Q u
Onde u (W*seg/mm3) é a energia específica de corte e 
depende do material
Necessidades de energia (aproxm.) em operações de usinagem (no motor 
rendimento de 80% e multiplicar por 1.25 para ferramentas desgastadas
Energia específica (u)
Material W.s/mm3 hp.min/in.3
Ligas de Alumínio 0,4-1,1 0,15-0,4
Ferros fundidos 1,6-5,5 0,6-2,0
Ligas de cobre 1,4-3,3 0,5-1,2
Ligas para altas temperaturas 3,3-8,5 1,2-3,1
Ligas de magnésio 0,4-0,6 0,15-0,2
Ligas de Níquel 4,9-6,8 1,8-2,5
Ligas Refratárias 3,8,9,6 1,1-3,5
Aços inoxidáveis 3,0-5,2 1,1-1,9
Aços em geral 2,7-9,3 1,0-3,4
Ligas de titânio 3,0-4,1 1,1-1,5
Grandezas do Processo de Usinagem
 Vc e f
- parâmetros usados para otimização de corte
 ap
- fixado para dimensões iniciais e finais
- limitado pela ferramenta de corte
Exemplo 4: Numa operação de torneamento cilíndrico de um aço ABNT 1045. O
comprimento considerado para o corte é de 150 mm (L), o avanço (f) usado será de
0,15 mm/revolução, a velocidade de corte (vc) é de 150 m/min. O diâmetro inicial da
peça é de 100 mm e o diâmetro final de 90mm. A profunidade de usinagem (ap) em
cada passo será de 2,5 mm. Calcule: Rotação da peça; b) Velocidade de avanço, c)
tempo de corte para realizar a operação ; d) taxa de remoção de material e; e) a
potência de corte.
L
a)
b)
c)
O tempo de corte para realizar a operação será o tc x 2 passos
ou 4,18 minutos
d)
e)
Grandezas do Processo de Usinagem
 Velocidade de corte (Vc)
variação de 5 mm/seg a 10 m/seg (podendo chegar a 50m/seg)
Típico: 50 mm/seg a 3 m/seg
 Avanço (f )
13 m a 2.5 mm por revolução
 Profundidade de usinagem (ap) 
até 25,4 mm
 Volume de material removido pelo tempo (Q)
> 28 cm3/seg (possível)
Típico: 1.3 - 2.8 cm3/seg
Geometria da Cunha de Corte
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
ÂNGULO DE
PLANO DE
MEDIÇÃO
DEFINIÇÃO ESQUEMA GEOMÉTRICO
POSIÇÃO

Referência Ângulo entre o plano
efetivo de corte e o plano
de trabalho
Plano de

Trabalho
Plano de Corte
PONTA

Referência Ângulo entre o plano
principal de corte e o
plano lateral de corte
Plano Lateral
 de Corte
Plano de Corte
INCLINAÇÃO

Corte Ângulo entre a aresta de
corte e o plano de
referência
Plano de Referência da Ferramenta
FOLGA

Medida Ângulo entre a superfície
de folga e o plano de corte
Plano de Corte AB Referência
Superfície Superfície
de Folga de Saída
Plano de Corte
A
B
Plano de Medida
Plano de
Corte
CUNHA

Medida Ângulo entre a superfície
de folga e a superfície de
saída
SAÍDA

Medida Ângulo entre a superfície
de saída e o plano de
referência
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
Grandezas do Processo de Usinagem
Onde:
 - Ângulo de Posição
ap - Profundidade de Usinagem
f - Avanço
b - largura de corte
h - Espessura de corte
ap 
sen
h  f  sen
b 
  90º

f
Área da seção do cavaco (A) 
A = ap * f = seção do cavaco ( = 90º ) 
A= b * h = seção do cavaco (  90º )
ap
f

A
ap
b
A
f
h
b
 h

ap
FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM
Seção do Cavaco = q
p
a

pc

Sen  = Pc / b
b = Pc/Sen 
Sen  = h / a
h = a . Sen 
q = b . h 
q = pc . a.Sen 
q = pc . a 
a ҳ
h
Sen 
Relação sugerida entre “pc” e “a”
Para os aços: pc = 2a
Para os Ferros Fundidos: pc = 4a
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)
  tg 
F
N
Coeficiente de atrito
Tensão cisalhante 
no plano de 
cisalhamento
Tensão normal no 
plano de 
cisalhamento
1 - As forças de corte e de avanço no corte ortogonal são 1470 N e 1589 N, 
respectivamente. O ângulo de saída é 5°, a largura de corte é 5 mm, a 
espessura de corte é 0,6 mm e a grau de recalque é 2,63. Determine (a) a 
resistência ao cisalhamento do material da peça e (b) o coeficiente de atrito 
na operação.
EXERCÍCIOS
EXERCÍCIOS
2. Em uma operação de corte ortogonal, o ângulo de saída vale -5º, a espessura de corte é 0,2 
mm, a largura de corte é 4,0 mm e a fator de recalque 2,5. Determine (a) a espessura do 
cavaco, (b) o ângulo de cisalhamento, (c) o ângulo de atrito, (d) o coeficiente de atrito e (d) a 
deformação cisalhante. 
FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM
Torneamento
Fu = Fc + Fa + Fp
Fu
Fc
Fa
Va
V
Ve
= . a . p (Força de usinagem)
Fc = ks . a . p (Força de Corte)
Fa= ka . a . p (Força de Avanço)
Fp= kp . a . p (Força de Profundidade)
Fu Ku
Fp
Ku = pressão específica de usinagem
FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM
Torneamento
a
p

s = a . p = b . h = área da seção do cavaco
Fu = ku . s
ku: Pressão Específica de Usinagem 
Fc= ks . a . p (Força de Corte)
Fa= ka . a . p (Força de Avanço)
Fp= kp . a . p (Força de Profundidade)
Componente de Fu num plano perpendicular ao plano de trabalho (Fp = força passiva 
ou de profundidade); esta componente não contribui para a potência de usinagem, 
pois é perpendicular aos movimentos (é perpendicular ao plano de trabalho, onde 
ocorrem os movimentos de corte e de avanço). Esta força é responsável pela deflexão 
elástica da peça e da ferramenta durante o corte e, portanto, é responsável pela 
dificuldade de obtenção de tolerâncias de forma e dimensão apertadas.
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)
c
Fc vc
60 75
P 
100060 75
a
Fa vaP 
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
88
sk 
f 0.25 ap0.07
138
s
f 0.25 ap0.07
k 
f 0.07
k s 
200
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 .
s
f n
k 
Ca
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
AWF
onde
Cw = constante do material
f = avanço Tabela V.3 para = 45o
f 0.477
Cw
sk 
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
Kienzle
A Tabela V4 apresenta os valores de ks1 e 1-z dos
materiais ensaiados por Kienzle.
Fc  ks  h b  k  h
1z bs1
PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE
Geometria da 
ferramenta
      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
FORÇAS E POTÊNCIA DE USINAGEM
ks = ks1 . h 
-Z Fc = ks1 . b . h 
(1-Z)
ks1 e Z = (mat. Peça, geom ferram., veloc.)f
Potências de Usinagem
]kW[
.
V.F cc
31060
cP
56Prof. Fernando Penteado.
Potência de Corte
Fc [N] e Vc [m/min]
Potências de Usinagem
]kW[
.
V.F ff
61060
fP
57Prof. Fernando Penteado.
Potência de Avanço
Ff [N] e Vc [mm/min]
Potências de Usinagem

 c
P
Pm

58Prof. Fernando Penteado.
Como Pf<<<Pc costuma-se dimensionar o motor da
máquina operatriz apenas pela Pc
Potência fornecida pelo motor
60% a 80% para máquinas convencionais e 
90% para máquinas CNC
Potências de Usinagem
A.KF sc
59Prof. Fernando Penteado.
A força de corte pode ser expressa pela relação:
Ks = Pressão específica de corte
A = b.h = ap.f = Área da seção de 
corte
Cálculo da pressão específica de corte - Ks
zh.  s1KKs
b.h.Kb.h.KF zss
 11c
60Prof. Fernando Penteado.
Segundo Kienzle Ks é função da espessura de corte h
Cálculo da pressão específica de corte - Ks
Material σt [N/mm²] 1-z Ks1 [N/mm²]
Aço 1030 520 0,74 1990
1040 620 0,83 2110
1050 720 0,70 2260
1045 670 0,86 2220
1060 770 0,82 2130
8620 770 0,74 2100
4320 630 0,70 2260
4140 730 0,74 2500
4137 600 0,79 2240
6150 600 0,74 2220
Fofo HRc = 46 0,81 2060
61Prof. Fernando Penteado.
Exercício
62Prof. Fernando Penteado.
Determinar a potência do motor de um torno universal
que deve fazer um torneamento cilíndrico em uma barra
de aço 8620 com diâmetro 50 mm e  = 90º .
Parâmetros de corte: Vc = 110 m/min, ap = 1,4 mm e 
f = 0,4 mm/rot.
Ferramenta: Metal duro s/fluido de corte.
Rendimento mecânico da transmissão do motor à árvore
principal: 70%.
OBRIGADO!