Processos de fabricação

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Engenharia Mecânica
Processos de Fabricação Mecânica 
2021
15.1 Em uma operação de corte ortogonal, a ferramenta tem um ângulo de saída = 15°. A espessura do cavaco indeformado = 0,30 mm e o corte produz uma espessura do cavaco = 0,65 mm. Calcule (a) o ângulo do plano de cisalhamento e (b) a deformação de cisalhamento para a operação.
15.2 Em uma operação de corte ortogonal, uma ferramenta com 0,250 in de largura tem um ângulo de saída de 5°. O torno é ajustado de modo que a espessura do cavaco indeformado é 0,010 in. Após o corte, a medida da espessura do cavaco deformado é de 0,027 in. Calcule (a) o ângulo do plano de cisalhamento e (b) a deformação de cisalhamento para a operação.
15.3 Em uma operação de torneamento, a rotação do eixo principal é ajustada para fornecer uma velocidade de corte de 1,8 m/s. O avanço e a profundidade de corte são 0,30 mm e 2,6 mm, respectivamente. O ângulo de saída da ferramenta é 8°. Após o corte, a medida da espessura do cavaco deformado é de 0,49 milímetro. Determine (a) o ângulo do plano de cisalhamento, (b) a deformação de cisalhamento e (c) a taxa de remoção de material. Utilize o modelo de corte ortogonal como uma aproximação do processo de torneamento.
15.4 A força de corte e a força de penetração em uma operação de corte ortogonal são 1470 N e 1589 N, respectivamente. O ângulo de saída = 5°, a largura do corte = 5,0 mm, a espessura do cavaco indeformado = 0,6 mm e a razão de espessura do cavaco = 0,38. Determine (a) tensão de escoamento por cisalhamento do material usinado e (b) o coeficiente de atrito na operação.
15.5 A força de corte e a força de penetração foram medidas em uma operação de corte ortogonal como 300 lbf e 291 lbf, respectivamente. O ângulo de saída = 10°, a largura de corte = 0,2 in, a espessura do cavaco indeformado = 0,015 in e a razão de espessura do cavaco = 0,4. Determine (a) tensão de escoamento por cisalhamento do material usinado e (b) o coeficiente de atrito na operação.
15.6 Em uma operação de corte ortogonal, o ângulo de saída = –5°, a espessura do cavaco indeformado = 0,2 mm e a largura de corte = 4,0 mm. A razão do cavaco = 0,4. Determine (a) a espessura do cavaco, (b) o ângulo de cisalhamento, (c) o ângulo de atrito, (d) o coeficiente de atrito e (e) a deformação de cisalhamento.
15.7 A tensão de escoamento por cisalhamento de um determinado material = 50.000 lbf/in2. Uma operação de corte ortogonal é realizada utilizando uma ferramenta com um ângulo de saída = 20° nas seguintes condições de usinagem: velocidade de corte = 100 ft/min, espessura do cavaco indeformado = 0,015 in e largura de corte = 0,150 in. A razão de espessura do cavaco resultante = 0,50. Determine (a) o ângulo do plano de cisalhamento, (b) a força de cisalhamento, (c) a força de corte e a força de penetração e (d) a força de atrito.
15.8 Uma barra de aço de carbono com 7,64 in de diâmetro tem resistência à tração de 65.000 lbf/ in2 e tensão de escoamento por cisalhamento de 45.000 lbf/in2. O diâmetro é reduzido utilizando uma operação de torneamento com velocidade de corte de 400 ft/min. O avanço é de 0,011 in/rot e a profundidade de corte é 0,120 in. O ângulo de saída da ferramenta na direção do escoamento do cavaco é 13°. As condições de corte resultam em uma razão de cavaco de 0,52. Utilizando o modelo ortogonal como uma aproximação do torneamento, determine (a) o ângulo do plano de cisalhamento, (b) a força de cisalhamento, (c) a força de corte e força de avanço e (d) o coeficiente de atrito entre a ferramenta e o cavaco.
15.9 Um aço de baixo-carbono com resistência à tração de 300 MPa e tensão de escoamento por cisalhamento de 220 MPa é usinado em uma operação de torneamento com velocidade de corte de 3,0 m/s. O avanço é de 0,20 mm/rot e a profundidade de corte é de 3,0 mm. O ângulo de saída da ferramenta é 5° na direção do escoamento do cavaco. A razão de cavaco resultante é de 0,45. Utilizando o modelo ortogonal como uma aproximação do torneamento, determine (a) o ângulo do plano de cisalhamento, (b) a força de cisalhamento, (c) a força de corte e a força de avanço.
15.10 Uma operação de torneamento é realizada com ângulo de saída de 10°, avanço de 0,01 in/rot e profundidade de corte = 0,1 in. Sabe-se que a tensão de escoamento por cisalhamento do material usinado é de 50.000 lbf/in2 e a razão de espessura do cavaco medida após o corte é de 0,40. Determine a força de corte e a força de avanço. Utilize o modelo de corte ortogonal como uma aproximação do processo de torneamento.
15.11 Em operação de torneamento de um aço inoxidável com dureza = 200 HB, velocidade de corte = 200 m/min, avanço = 0,25 mm/rot e profundidade de corte = 7,5 mm, qual potência o torno consumirá para realizar essa operação, se a sua eficiência mecânica = 90%. Utilize a Tabela 15.2 para obter o valor apropriado da energia específica.
15.12 No Problema 15.11, calcule a potência necessária ao torno supondo que o avanço é alterado para 0,50 mm/rot.
15.13 Em operação de torneamento de alumínio, velocidade de corte = 900 pés/min, avanço = 0,020 in/rot e profundidade de corte = 0,250 in, qual é a potência em HP exigida do motor de acionamento, se o torno tem eficiência mecânica = 87%? Utilize a Tabela 15.2 para obter o valor apropriado da potência unitária em HP.
15.14 Em operação de torneamento de aço-carbono, cuja dureza Brinell = 275 HB, a velocidade de corte é fixada em 200 m/min e a profundidade de corte = 6,0 mm. O motor do torno é classificado em 25 kW e sua eficiência mecânica = 90%. Utilizando o valor apropriado de energia específica da Tabela 15.2, determine o avanço máximo que pode ser ajustado para essa operação. O uso de uma planilha eletrônica é recomendado para os cálculos iterativos exigidos nesse problema.
15.15 Uma operação de torneamento é realizada em um torno com potência de 20 HP que possui índice de eficiência de 87%. A usinagem de desbaste é realizada em um aço-liga, cuja dureza está na faixa de 325 a 335 HB. A velocidade de corte é de 375 ft/min, o avanço é de 0,03 in/rot e a profundidade de corte é de 0,15 in. Com base nesses valores, o trabalho pode ser executado no torno com 20 HP? Utilize a Tabela 15.2 para obter o valor apropriado da potência unitária em HP.
15.16 Em operação de torneamento de um aço de baixo-carbono (175 HB), a velocidade de corte = 400 ft/min, o avanço = 0,010 in/rot e a profundidade de corte = 0,075 in. O torno possui uma eficiência mecânica = 0,85. Com base nos valores de potência unitária em HP na Tabela 15.2, determine (a) a potência em HP consumida pela operação de torneamento e (b) a potência em HP que deve ser desenvolvida pelo torno.
15.17 Resolva o Problema 15.16, considerando que o avanço = 0,0075 in/rot e o material trabalhado é o aço inoxidável (Dureza Brinell = 240 HB).
15.18 Uma operação de torneamento é realizada em alumínio (100 HB). A velocidade de corte = 5,6 m/s, o avanço = 0,25 mm/rot e a profundidade de corte = 2,0 mm. O torno tem eficiência mecânica = 0,85. Com base nos valores de energia específica na Tabela 15.2, determine (a) a potência de corte e (b) potência bruta na operação de torneamento, em Watts.
15.19 Uma operação de torneamento é realizada em um torno utilizando ferramenta com ângulo de saída nulo na direção de escoamento do cavaco. O material de trabalho é um aço-liga com dureza = 325 Brinell Hardness. O avanço é de 0,015 in/rot, a profundidade de corte é de 0,125 in e a velocidade de corte é de 300 ft/min. Após o corte, a medida da razão de espessura do cavaco é 0,45. (a) Usando o valor apropriado de energia específica da Tabela 15.2, calcule a potência no motor de acionamento em HP, se o torno tem uma eficiência = 85%. (b) Com base na potência em HP, calcule sua melhor estimativa para a força de corte para essa operação de torneamento. Utilize o modelo de corte ortogonal como uma aproximação do processo de torneamento.
15.20 Em operação de torneamento de uma peça de liga de alumínio, o avanço = 0,020 in/rot e a profundidade de corte = 0,250 in. O motor do torno tem potência de20 HP e eficiência mecânica = 92%. O valor da potência unitária = 0,25 HP/(in3/min) para essa classe de alumínio. Qual é a velocidade de corte máxima que pode ser usada nesse trabalho?
15.21 Um corte ortogonal é realizado em um metal cujo calor específico de massa = 1,0 J/g°C, densidade = 2,9 g/cm3 e difusividade térmica = 0,8 cm2/s. A velocidade de corte é de 4,5 m/s, espessura do cavaco indeformado é de 0,25 mm e largura de corte é de 2,2 mm. A força de corte é medida em 1170 N. Pela equação de Cook, determine a temperatura de corte, supondo que a temperatura ambiente = 22°C.
15.22 Considere operação de torneamento executada em um aço cuja dureza = 225 HB, a velocidade = 3,0 m/s, avanço = 0,25 mm e profundidade = 4,0 mm. Utilizando os valores das propriedades térmicas encontradas nas tabelas e definições das Seções 3.6 e 3.7, e o valor adequado para a energia específica da Tabela 15.2, calcule uma estimativa da temperatura de corte utilizando a equação de Cook. Assuma que a temperatura ambiente = 20°C.
15.23 Uma operação de corte ortogonal é executada em determinado metal cujo calor específico volumétrico = 110 lbf in/in3 °F e difusividade térmica = 0,140 in2/s. A velocidade de corte = 350 ft/min, a espessura do cavaco indeformado = 0,008 in e a largura de corte = 0,100 in. A força de corte é medida em 200 lbf. Utilizando a equação de Cook, determine a temperatura de corte, supondo que a temperatura ambiente = 70°F.
15.24. Em uma operação de torneamento, um termopar cavaco-ferramenta foi utilizado para medir a temperatura de corte. Os dados de temperatura, a seguir, foram coletados durante as usinagens em três velocidades de corte diferentes (o avanço e a profundidade foram mantidos constantes): (1) v = 100 m/min, T = 505°C, (2) v = 130 m/min, T = 552°C, (3) v = 160 m/min, T = 592°C. Determine a equação para a temperatura em função da velocidade de corte que tenha a forma da equação de Trigger, Eq. (15.23)
Gabarito
15.1) a. 26,878
b. 2,183
15.2) a. 20,8703
b.2,9071
15.3) a. 33,6
b.1987
c.1404mm^3/s
15.4)a.95937,55pa
b.1,291
15.5)a.21158,0022 lbf/in^2
b.1,3820
15.6)a.0,5
b.21,0594
c.42,8812
d.0,9286
e.3,0861
15.7)a.4,5632
b.228,1579 lbf
c.396,9875 lbf e 237,7201 lbf
d.359,1615
15.8)a.29,8486
b.119,3535 lbf
c.207,0447 lbf e 121,0182 lbf
d.0,9426
15.9)a.25,0132
b.312,1843N
c.565,8093 e 474,3263
15.10)236,24 lbf e 229,03 lbf
15.11)19,44 kW
15.12)2,24 Nm/mm^3
15.13)10,8HP e 12,474HP
15.14)0,4
15.15)24,21HP
15.16)2,16HP e 2,541HP
15.17)2,97HP e 3,494HP
15.18)1960W e 2305,88W
15.19)2,19375x10^-3 lbf
15.20)1226,67 ft/min
15.21)732 graus
15.22)965,32 graus
15.23)1512,42 fahrenheit
15.24)105,48xV^0,34