Processo de usinagem

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Unidade curricular: Mecânica Básica
Curso: Inspetor de qualidade
Aluna: Samanta Gomes
Processos de Usinagem
Caçador/2021
O que é usinagem ?
A usinagem é uma forma de fabricação utilizada para criar objetos de metal.
Durante este processo, os trabalhadores cortam materiais para alterar a aparência e
forma de um produto, conforme requisito previamente estabelecido. A usinagem
serve como uma alternativa a outras formas de processos de produção, incluindo a
moldagem e a fundição. São um dos métodos mais eficazes de se criar peças muito
finas, objetos com muitos detalhes, e que não são muitas vezes possíveis por meio
de técnicas de fundição e moldagem. Ela pode ser utilizada para fazer tudo, desde
parafusos de aço para peças de metal, bem como objetos maiores, como
ferramentas manuais e componentes automotivos.
Esta técnica envolve efetivamente a metalurgia de muitos tipos de processos que
podem ser utilizados para dar a forma desejada ao metal e ao acabamento. Estas
técnicas são geralmente divididas em quatro categorias, e podem ser utilizadas em
conjunto para produzir um único produto. A perfuração é um dos tipos mais básicos
de usinagem. Durante o processo de perfuração, os trabalhadores utilizam um
pouco de metal para realizar a perfuração nos metais.
O que é cavaco ?
Cavaco é o termo utilizado para designar os pedaços de
material removidos da peça durante o processo de
Usinagem, promovido pela ação de uma ferramenta. Os
cavacos são caracterizados pelo formato irregular, e
podem ser contínuos e fragmentados, ocorrendo às vezes
em padrões helicoidais, espirais, fitas ou lascas. Cavacos
longos e contínuos podem oferecer risco ao operador,
prejudicar o acabamento da peça, prejudicar a lubrificação e refrigeração do
sistema. Causam o aumento da força de corte e o aumento da temperatura,
desgastando a ferramenta. Além disso, são difíceis de guardar e manusear. Um
cavaco preferível ocupa pouco volume, apresenta pouco risco e é removido
facilmente.
Cavacos de Usinagem
https://pt.wikipedia.org/wiki/Usinagem
https://pt.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lice_(geometria)
Devido a utilização cada vez maior de equipamentos
para usinagem de alta performance, a aplicação de
fluidos de corte em abundância durante o processo
tornou-se uma necessidade obrigatória, sendo que
os cavacos resultantes desta operação são
coletados completamente impregnados de óleo de corte. A reciclagem (refusão) do
cavaco desta forma é praticamente impossível, primeiro pelo alto volume de óleo
existente, que entrará em combustão durante o aquecimento dos cavacos no forno,
gerando uma grande quantidade de fumaça nociva à saúde e prejudicial ao meio
ambiente, saturando rapidamente as unidades de filtragem da exaustão dos fornos.
Além disso, a redução de volume do cavaco (até 80% do inicial) durante a fusão
reduz muito a capacidade final de produção dos fornos.
Entretanto, a utilização de cavacos briquetados muda
completamente este cenário. Após sua compactação,
os briquetes permanecem com apenas uma fração
minúscula do volume inicial do óleo de corte, gerando
uma emissão de fumaça praticamente nula. Os
briquetes podem ser utilizados como se fossem sucata de primeira qualidade, ainda
mais pelo fato de já se encontrarem na liga correta e não ser um material
desconhecido. A utilização dos briquetes pode alcançar até 30% da carga do forno
sem nenhum problema operacional. Os briquetes, devido a sua alta densidade,
formam perfeitamente o campo indutivo nos fornos elétricos, e no caso do seu uso
com fornos a chama (cubilôs ou rotativos), a utilização é praticamente obrigatória
devido ao alto grau de oxidação no uso de cavacos soltos.
Dependendo do tipo de metal e do formato do
cavaco, o briquete pode ocupar apenas 1/6 a 1/3 do
volume original ocupado pelo cavaco, resultando em
áreas muito menores para estocagem. Se caso
contrário, a intenção for vender os briquetes, o
mesmo caminhão que antes transportava uma determinada quantidade de cavacos,
agora pode levar de 3 a 6 vezes mais peso em briquetes, os quais têm um valor de
venda muito maior que o do cavaco solto, pois não se trata mais de resíduo e sim
de matéria-prima, isto sem considerar o reaproveitamento do óleo de corte que
antes não existia.
Processos de usinagem convencional e não
convencional (com remoção do cavaco)
A usinagem com remoção do cavaco se divide em: processos de usinagem
convencional e não convencional. A diferença está nas formas com que é feita ou
ferramentas utilizadas.
Usinagem convencional
● Torneamento: O torneamento é um dos processos de usinagem mais
antigos e também mais comuns nesse segmento. Isso porque essa
ferramenta nada mais faz do que realizar um processo mecânico para dar
uma forma diferente ao material, principalmente geometrias mais complexas.
● Fresamento: : As fresas são máquinas bastante utilizadas nos processos de
usinagem. Sua principal função é cortar materiais com dureza e resistência
inferiores ao seu. As fresas também podem ser utilizadas para aplicar
acabamentos de superfícies ou ainda para criar formas 3D mais complexas.
● Furação: A furação é um método de usinagem eficiente e econômico. Muitas
vezes, é realizada em conjunto com outras operações de usinagem. A
ferramenta usada é a broca, que gira contra a peça, ocorrendo, ainda, um
movimento de corte axial e a remoção de cavacos. A máquina em que a
broca é montada para executar o processo é a furadeira.
● Aplainamento: Outro processo de usinagem convencional muito utilizado é o
aplainamento, que consiste em gerar superfícies planas, paralelas,
perpendiculares e inclinadas, fazendo uso de uma máquina-ferramenta
chamada plaina limadora, cuja ferramenta de corte caracteriza-se por ser do
tipo monocortante e com deslocamento retilíneo alternado.
● Mandrilamento: Processo de Mandrilamento Processo consiste na
usinagem de pré-furos fundidos, forjados ou extrudados com ferramenta de
geometria definida, onde tanto a ferramenta quanto a peça podem executar o
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movimento de rotação, trazendo boa qualidade de forma, boa qualidade da
superfície e estreitas tolerâncias dimensionais.
● Retificação: Retificação na usinagem A essa prática damos o nome e
retificação, que nada mais é do que o processo de usinagem de uma peça
através da máquina retífica. O trabalho será realizado através de um elemento
chamado rebolo, que molda a peça presa à máquina. O processo é lento, pois
o rebolo retira pequenas partes da peça aos poucos.
Usinagem não convencional
● Jato d’água: O elemento principal na usinagem a jato de água é um jato de
água, que viaja a velocidades de até 900 m/s (aproximadamente Mach 3).
Quando o fluxo atinge a superfície da peça, a força erosiva da água remove
rapidamente o material. A água, nesse caso, atua como uma serra e corta um
sulco estreito no material da peça.
● Jato abrasivo: Na usinagem a jato abrasivo um fluxo de grãos abrasivos de
AI2O3 ou SiC carregados por um gás ou ar de alta pressão e alta velocidade
é focalizado na superfície de trabalho. O material da peça é removido pela
ação mecânica da abrasão proveniente do impacto das partículas abrasivas
em alta velocidade. A melhor aplicação realizada pela usinagem AJM é a
usinagem de furos em materiais muito duros. É tipicamente usada para
cortar, limpar, rebarbar, e cortar vidros, cerâmicas, e metais duros (ferrosos e
não ferrosos).
● Eletroquímica: A usinagem eletroquímica é um processo moderno de
usinagem que se baseia na remoção de átomos da peça através de uma
dissolução eletroquímica de acordo com os princípios de Faraday (1833). A
eletrólise ocorre quando uma corrente elétrica passa entre dois eletrodos
imersos em uma do eletrólito. O sistema composto pelo eletrodo e o eletrólito
é chamado de célula eletrolítica. As reações químicas, que ocorrem nos
eletrodos, são chamadas de reações anódicas ou catódicas.● Eletroerosão: O princípio da usinagem por eletroerosão baseado na erosão
dos metais por meio de descargas elétricas. É de amplo conhecimento que
dois condutores com diferença de potencial adequado podem provocar um
arco voltaico quando unidos. Se o ponto de contato entre os dois condutores
for bem examinado, então será encontrada uma pequena porção de material
erodida, deixando uma pequena cratera. Deve-se perceber que o princípio de
funcionamento do processo também é seu limitante: apenas materiais
condutores de eletricidade podem ser eletrodados.
● Feixe de elétrons: A usinagem a feixe de elétrons foi usada inicialmente em
aplicações de soldagem na indústria nuclear e aeroespacial. Atualmente é
também usada na manufatura de semicondutores assim como em áreas de
microusinagem.
● Laser: A usinagem por feixe laser é uma boa solução uma vez que está
associada a outras propriedades do material, tais quais condutividade térmica
e calor específico, assim como temperaturas de fusão e ebulição.
● Plasma: Na usinagem a plasma um arco contínuo é gerado entre um cátodo
de tungstênio quente e um ânodo de cobre refrigerado por água. Um gás é
introduzido ao redor do cátodo e flui através do ânodo. A temperatura, no
estreito orifício ao redor do cátodo, alcança 28000 oC, o que é suficiente para
produzir um arco de plasma de temperatura elevada. Sob essas condições, o
metal é rapidamente derretido e vaporizado. O fluxo de gás ionizado carrega
os restos da usinagem na forma de um spray fino criando linhas de fluxo na
superfície usinada. As características gerais do são mostradas na tabela. As
taxas de remoção de material, por esse método, são substancialmente
maiores do que as taxas envolvidas na operação de torneamento. Os
sistemas de usinagem a plasma são divididos em arco, jato, protegido e a ar
Processos de usinagem (sem remoção do cavaco)
Fundição
A fundição é o processo pelo qual os metais ou ligas metálicas em estado líquido
(fundido) são vazadas em um molde para a fabricação dos mais variados tipos de
peças, objetos decorativos, jóias/bijuterias, carcaças de máquinas, lingotes e outros.
Em muitos casos, a fundição é o processo mais simples e econômico de se produzir
uma peça, principalmente quando esta é de grande porte, de geometria intrincada
ou com canais internos e cavidades.
A fundição pode dar origem a peças acabadas, já em seu formato final, ou não.
Nesse caso, elas podem passar por
processos de conformação mecânica
(por exemplo, forja), ajustes
dimensionais, soldagem ou usinagem
(para peças que serão usinadas é
comum deixar um sobremetal). Mas, de
modo geral, as peças fundidas passam
por processos de acabamento como
corte de canais, usinagem, e rebarbação.
Quando necessário, as peças também
podem passar por tratamento térmico
para conferir maior resistência já que as
peças fundidas apresentam menor
resistência mecânica do que as peças
produzidas por processos de
conformação.
Existem vários processos diferentes para se produzir peças fundidas, os mais
comuns são: fundição por gravidade, por centrifugação, sob pressão e de precisão.
Cada um se ajusta a determinadas exigências de qualidade, custo e tempo. Mas,
basicamente, o início do processo, é a produção de um modelo ou de um molde.
Soldagem
É o processo de unir metais por derretimento das peças e, em seguida, usando um
enchimento para formar uma junta. Isso pode ser feito usando diferentes fontes de
energia, de uma chama de gás ou arco elétrico para um laser ou ultra-som.
Até os primórdios do século 20, a soldagem foi feita através de um processo
conhecido como soldagem forjada, que consiste em aquecer as peças a serem
consertadas e depois martelar até que elas se amalgamam. Com o advento da
eletricidade, o processo tornou-se mais fácil e rápido, e desempenhou um papel
importante na cena da indústria
durante a Primeira Guerra
Mundial e II.
A soldagem por arco é feita
através do uso de uma corrente
elétrica, e pode ser realizada
usando equipamentos baratos. A
soldagem a gás é amplamente
utilizada para trabalhos de
reparação, especialmente em
qualquer coisa envolvendo tubos
e tubos. É comum no setor de
jóias, bem como para conectar plásticos e outros materiais que não suportam
temperaturas mais elevadas. A soldagem por resistência envolve o uso de chapas
de metal adicionais para encaixar as peças a serem soldadas. É o mais respeitador
do meio ambiente de todos os métodos, mas requer equipamentos dispendiosos
que não podem ser usados em todas as situações
A soldagem por feixe de energia, também conhecida como soldagem por raio laser,
é uma das técnicas mais modernas utilizadas. Este método é rápido e preciso, mas
o alto custo do equipamento torna proibitivo para muitas indústrias. A soldagem não
pode ser feita com todos os tipos de metais, pois alguns materiais, como o aço
inoxidável, são propensos a quebrar e distorcer quando sobreaquecido. As ligas são
particularmente problemáticas, uma vez que é difícil conhecer a composição
química exata do metal. A soldagem tornou-se altamente automatizada na última
década, e o uso de robôs agora é comum em certas indústrias, como as fábricas
automotivas. É possível soldar itens em condições incomuns, incluindo o submarino
e no espaço exterior. A soldagem subaquática é amplamente utilizada no reparo de
tubulações e navios, enquanto que o que é realizado no espaço atualmente está
sendo pesquisado como uma maneira possível de montar estações espaciais e
outras estruturas.
Metalurgia do pó
A metalurgia do pó é um processo de conformação metálica de materiais em pó
ferroso, realizado pela prensagem e sinterização de compactos de pó metálico
próximos à forma definitiva do componente final. Ela permite a obtenção de
geometrias bastante complexas e aspectos intrincados. O processo já existe há
mais de 100 anos. Hoje em dia, é amplamente reconhecido como uma maneira
superior de produzir componentes estruturais sinterizados de alta qualidade, para
uma grande variedade de aplicações em diferentes indústrias. O processo de
metalurgia do pó tem muitas vantagens em comparação a outras tecnologias de
conformação de metal, tais como o forjamento, a fundição de metal ou a usinagem.
A primeira vantagem é a economia. Com a metalurgia do pó, você reduz muito os
processos de pós-produção, tais como os procedimentos para a remoção de metal.
Isso reduz drasticamente as perdas de rendimento na fabricação e,
consequentemente, reduz os custos totais. Além disso, o processo tem um consumo
de energia menor em comparação a outras tecnologias de produção.
A segunda principal vantagem da metalurgia do pó é a
possibilidade de fornecer um produto exclusivo, graças
à sua alta flexibilidade. É possível adaptar ligas e
características físicas para corresponder às
propriedades ou requisitos específicos de
desempenho. Por produzir peças com estruturas
materiais homogêneas e repetitivas, o processo de
metalurgia do pó permite fabricar componentes
metálicos estruturais com alta previsibilidade e consistência do comportamento
mecânico, para uma ampla variedade de aplicações. A metalurgia do pó é usada
para fabricar materiais únicos e com propriedades sob medida, impossíveis de obter
com a fusão ou a conformação com outros métodos. Ela permite combinações de
materiais impossíveis de misturar, bem como o processamento de materiais com
pontos de fusão extremamente altos. Também há vantagens para a criação de
formas complexas ou a integração de recursos ou funcionalidades adicionais de
design em uma única peça.
● Laminação: Laminação é um processo que consiste na obtenção de placas
(lâminas) de metal mediante a passagem do lingote entre dois cilindros de
eixos paralelos que giram em sentidos opostos. A continuidade é condição
indispensável dessa operação, que deve, portanto, ser feita numa sucessão
de laminadores chamados trens de laminagem. A distância entre os cilindros,
ou interstício de laminação, é regulável e diminuiprogressivamente à medida
que se repete a passagem das placas, cada vez de menor espessura.
● Extrusão: A extrusão é um método muito comum que faz parte do processo
produtivo de filmes plásticos, chapas, barras e peças de metal e até mesmo
de alimentos. Basicamente, seu principal componente é a prensa hidráulica,
ou extrusora, que irá forçar a passagem do material pela matriz e controlar o
curso e a velocidade de extrusão. As prensas mais comuns nas indústrias
metalúrgicas são horizontais, e também existem prensas que realizam a
diminuição do perfil externo do material gradativamente, em estágios. Na
indústria alimentícia as extrusoras podem possuir ao invés de um êmbolo,
uma rosca que tem a função de transportar e dar forma ao material
extrudado.
● Trefilação: Trefilação, ou trefilagem, é o processo industrial de fabricação de
fios, barras e tubos de metal. Trata-se de reduzir a seção transversal (largura)
e consequentemente aumentar o comprimento do material, através de um
estiramento controlado do material. Consiste em tracionar a peça através de
uma matriz chamada fieira ou trefila, que possui a forma de um canal
convergente. Da redução sucessiva de diâmetro de uma barra metálica
maciça podem resultar barras, vergalhões e arames, dependendo do
diâmetro do produto final. A trefilação é feita puxando o metal através de uma
matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída da matriz.
Grande parte do escoamento plástico é causada por esforços de compressão
resultantes da reação do metal com a matriz.
● Forjamento: Forjamento é um processo de fabricação que envolve a
formação de metais usando forças de compressão localizadas. Os golpes
são feitos com um martelo (muitas vezes, um martelo de potência). O
forjamento é frequentemente classificado de acordo com a temperatura na
qual é realizado: forjamento a frio (um tipo de trabalho a frio), forjamento
morno e a quente (um tipo de trabalho a quente). Para os dois últimos, o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ind%C3%BAstria_manufatureira
https://pt.wikipedia.org/wiki/Metais
https://pt.wikipedia.org/wiki/Compress%C3%A3o_f%C3%ADsica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Martelo
https://pt.wikipedia.org/wiki/Encruamento
metal é aquecido, geralmente em uma forja. As peças forjadas podem variar
em peso de menos de um quilograma para centenas de toneladas métricas.
● Estampagem: consiste em todas as operações de corte e conformação de
materiais metálicos planos, a fim de lhe conferir a forma e a precisão
desejada, sem a presença de defeitos superficiais (Ex: rugosidades ou riscos)
ou estruturais (Ex: trincas). A matéria-prima para a estampagem é sempre
fornecida na forma de bobinas do material. A primeira operação consiste na
preparação deste material para a estampagem, que envolve a segmentação
da bobina em:
➔ CHAPAS PLANAS: Onde as bobinas são cortadas transversalmente, através
de guilhotinas e tesouras planas, gerando os “fardos”;
➔ TIRAS :Onde as bobinas são cortadas longitudinalmente através de tesouras
rotativas, gerando os "slitters"
Conformação
Nome genérico dos processos em que se aplica uma força externa à matéria-prima,
obrigando-a a adquirir a forma desejada por deformação plástica. Em outras
palavras, são todos os processos que exploram a deformabilidade plástica dos
materiais. O volume e a massa do metal (matéria-prima) se conservam nestes
processos. Tais processos alteram a geometria do material através de forças
aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes
até grandes cilindros (como os empregados na laminação). Em função da
temperatura e do material utilizado, a conformação pode ser classificada como
trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um desses trabalhos fornecerá
características especiais ao material e à peça obtida.
Além disso, os processos de conformação mecânica, desenvolvidos para aplicações
específicas, podem ser classificadas com base em critérios tais como: o tipo de
esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da
peça, o regime de operação de conformação, o propósito da deformação, etc.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Forja
https://pt.wikipedia.org/wiki/Quilograma
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tonelada
Basicamente, os processos de conformação mecânica para a produção de peças
metálicas inclui um grande número que, entretanto, em função dos tipos de esforços
aplicados, podem ser classificados em: forjamento, laminação, trefilação, extrusão e
conformação de chapas (estampagem, embutimento, tracionamento, dobramento e
corte).