04 - Força e Potência de Corte

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Força e Potência de Corte 
 
Força de Usinagem 
 
As forças de usinagem são consideradas como uma ação da peça sobre a ferramenta 
(vide figura). 
A força total resultante que atua sobre a cunha cortante é chamada de força de usinagem. 
Força de usinagem = f {condições de corte (f, Vc, ap), geometria da ferramenta (χ, γ, λ), 
desgaste da ferramenta, uso de lubri-refrigerantes, outros} 
 
 
•Força de corte(Fc): projeção da Funa direção de corte. 
•Força de avanço(Ff): projeção de Funa direção de avanço 
•Força passiva (Fp – ou força de profundidade): força que age perpendicular ao plano de 
trabalho, não gerando potência de usinagem. 
Cálculo da Força de Corte: 
A força de corte o principal fator no cálculo da potência necessária a usinagem. Depende 
principalmente: 
 
•material a ser usinado 
•das condições efetivas de usinagem 
•seção de usinagem 
•do processo 
 
A equação fundamental da força de corte (também denominada de equação Kienzle) 
permite relacionar as constantes do processo de usinagem com o material a ser usinado. 
Conceitualmente é independe do processo de usinagem. 
 
A forma prática de expressar a Força de Corte é: 
 
 
 
Comprimento de corte b[mm] 
É o comprimento de cavaco a ser retirado, medido na superfície de corte. 
Espessura de corte – h[mm] 
É a espessura calculada do cavaco 
Área da seção de corte – A[mm2] 
É a área calculada da seção de cavaco 
 
Cálculo da Força de Corte – Exemplo 
 
 
Primeiramente calcula-se a Área da seção de corte “A”. Em seguida calcula-se a força de 
corte Fc utilizando sua fórmula básica: 
kgfAKsFc
mmhbA
mmah
mm
p
b
13806,0.2300.
6,0.
4,0º90sen.4,0sen.
5,1
º90sen
5,1
sen
2
===
==
===
===
χ
χ
 
 
Pressão Específica de Corte – Ks 
É a força de corte por unidade de área de seção de corte. 
 
A pressão específica de corte Ks é obtida experimentalmente e baseado nos resultados, 
foram propostas diversas fórmulas relacionando a pressão específica de corte com as 
diversas grandezas que a influenciam. 
 
Fatores que influenciam no Ks: 
1) Material da peça 
•Em geral, quando a dureza do material cresce, Ks também cresce 
•Aumento da porcentagem de carbono provoca aumento de Ks 
2) Material da ferramenta 
•O material da ferramenta provoca pequena variação no valor de Ks, porém não chega a 
ser significante. 
•Porém, cobertura de Nitreto de Titânio (TiN) tendem a reduzir o atrito entre cavaco e 
ferramenta e assim provocam redução do Ks 
3) Geometria da ferramenta 
•Ângulo de saída positivo provoca uma redução do Ks 
•Ângulo de inclinação positivo provoca uma redução do Ks 
•Ângulo de folga menor que 5º resultam em grande atrito entre a ferramenta e a peça 
resultando no aumento de Ks. 
4) Seção de corte 
•O Ks diminui com o aumento da área de corte (f x ap) e com o aumento da velocidade 
5) Velocidade de corte 
•O Ks diminui com o aumento da velocidade de corte (m/min) 
 
Relação de Ks com a espessura de corte h 
 
Pressão específica de corte segundo Lienzle 
Kronenberg propôs a seguinte relação entre Ks e h: 
 
Onde Ks1 é uma constante específica do material obtidos em ensaios experimentais onde 
foram usados os seguintes ângulos de saída: 
- 6º para torneamento de peças de aço 
- 2º para torneamento de peças de ferro fundido 
 
Substituindo a relação acima na equação geral de Kienzle, tem-se: 
 
Onde Ks1 e 1-z são constante do material, definidos experimentalmente e registrados na 
forma de tabelas. 
 
 
Tabela de valores para Ks1 e 1-z para diversos materiais: 
Material 1-z Ks1 
Aço ABNT 1035 0,74 199 
1040 0,83 211 
1050 0,70 226 
1045 0,86 222 
1060 0,72 213 
8620 0,74 210 
4320 0,70 226 
4140 0,74 250 
4137 0,79 224 
6150 0,74 222 
Ferro Fundido – HRc=46 0,81 206 
 
Para usinagem em que o ângulo de saída usado não coincida com o ângulo adotado por 
Kienzle, deve ser feita a seguinte correção no valor da Força de Corte: 
( )[ ]015,0.1' kFcFc λγ −−= 
 
Potência de corte 
A partir do cálculo da força de corte e da velocidade de corte, a potência de corte pode 
ser definida pela equação abaixo: 
 
Se obtiver Fc em Kgf 
 
Se obtiver Fc em N/mm2 (Mpa) 
 
 
 
Exemplo de Aplicação: 
Deseja-se tornear um eixo de aço ABNT 1035 com 100mm de diâmetro reduzindo-o para 
92mm. São usados avanço de 0,56 mm/volta e rotação de 320 rpm. Para uma ferramenta 
de Metal Duro P20, com os ângulos: (posição) χ=60º; ângulo de folga α=6º e ângulo de 
saída γ=15º. Calcule a potência de corte segundo Kienzle. 
Pela tabela de Kienzle, temos Ks1=199; (1-z)=0,74 
 
a) A espessura e largura de corte valem respectivamente: 
mm
p
b
mmah
mmcortededeprofundidap
62,4
º60sen
4
sen
486,0º60sen.56,0sen.
4
2
92100
===
===
=
−
==
χ
χ 
b) A força de corte segundo Kienzle, resulta: 
( )
KgfFc
bhKsFc z
53962,4.486,0.199
..1
74,0
1
==
= −
 
c) Correção devido ao ângulo de saída: 
( )[ ]
( )[ ]
KgfFc
FcFc
FcFc k
466
15,0.6151
015,0.1
'
'
'
=
−−=
−−= γγ
 
d) Calcular a velocidade de corte no diâmetro externo: 
min/100
1000
320.100.
1000
..
m
nd
Vc ===
ππ
 
e) A potência de corte será: 
cv
VcFc
Pc
KgfemFc
35,10
75.60
100.466
75.60
.
===
∴
 
 
 
 
Potência fornecida pelo motor 
A potência de corte difere da potência fornecida pelo motor devido às perdas por atrito 
que ocorrem nos mancais, engrenagens, sistemas de refrigeração e lubrificação, sistemas 
de avanço etc. 
O rendimento da máquina é: 
Pm
Pc
=η
 
Onde, Pm é a potência do motor e ηηηη varia de 60 a 80% em máquinas convencionais e 
90% em máquinas à CNC. 
 
No exercício proposto, se quisermos saber a potência mínima necessária que o torno teria 
que ter para executar a operação, sabendo-se que o mesmo tem um rendimento de 80%: 
Kwtemosporndomultiplica
cv
Pc
Pm
5,9:,7355,0
9,12
8,0
35,10
===
η