Primeira Lista Avaliativa - UC Processos de Fabriç

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Professor: Cristiano Elias
Disciplina: UC Processos de Fabricação
Primeira Lista de Exercícios - Usinagem
2º semestre/2021
Valor: 7,0 pontos
1. Defina processo de usinagem.
De acordo com Ferraresi, usinagem é um “processo de fabricação com remoção de cavaco”. 
Operação que confere à peça forma, dimensões ou acabamento, ou ainda uma combinação qualquer desses três, através da remoção de material sob a forma de cavaco. 
2. O que é cavaco?
Porção de material da peça retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma irregular.
3. Defina um processo de usinagem em uma peça automotiva em etapas, pode ser por fluxograma.
4. Defina processo de usinagem convencional e não convencional. Citar exemplos dos dois processos.
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. 
Exemplos de processos com geometria definida: furação, alargamento, rosqueamento, aplainamento, brochamento, fresamento, mandrilamento, serramento e torneamento. 
Exemplos de processos com geometria não definida: retificação, brunimento e lapidação. 
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 os exemplos que podemos citar: usinagem com jato de água, jato de água com abrasivo, ultra-som, eletroquímica, eletro-erosão, laser, plasma e feixe de elétrons. 
5. Como os processos de fabricação são classificados?
São classificados como: 
- processos de fabricação como remoção de cavaco; e 
- processos de fabricação sem remoção de cavaco. 
6. A geometria das ferramentas de corte tem influência marcante na usinagem dos materiais. Para um processo de remoção de cavaco o ângulo de cunha tem suas funções e influências. Defina suas funções e suas influências no processo de remoção de cavaco.
O ângulo de cunha é o ângulo entre o flanco principal e a face, medido na superfície de medição da cunha. A soma dos ângulos de incidência e de saída diminuído de 900 resulta no ângulo de cunha. Com a variação deste ângulo, tem-se uma variação na estabilidade da ferramenta. O ângulo de incidência é o ângulo entre o flanco e a superfície de corte, medido na superfície de medição da cunha. A função do ângulo de incidência é evitar o atrito entre a superfície transitória da peça e o flanco da ferramenta e permitir que o gume penetre no material e corte livremente. 
Este ângulo também influencia consideravelmente a estabilidade da cunha. O ângulo de saída é o ângulo entre a face e a superfície de referência, medido na superfície da cunha. Ele pode ser tanto positivo como negativo. O ângulo de saída é responsável pelo corte do material em questão. O ângulo influencia consideravelmente a estabilidade da cunha. Ferramenta demasiadamente positivas podem quebrar devido ao enfraquecimento da cunha. Como vantagens de um ângulo de saída tem-se a diminuição da força de corte e força de avanço, bem como uma considerável melhora na qualidade da superfície da peça.
7. O que ocorre com uma ferramenta que o ângulo de cunha é muito agudo? 
Uma ferramenta com ângulo de cunha muito agudo terá a resistência de sua aresta de corte diminuída. Isso pode danificá-la por causa da pressão feita para executar o corte. Qualquer material oferece resistência ao corte, a qual é proporcional a sua dureza e tenacidade.
8. Defina as geometrias da cunha de corte em um desenho esquemático para uma ferramenta de tornear.
- Face of tool: Face da ferramenta 
- α (rake angle): Ângulo de inclinação ou ângulo de folga, ele pode gerar maior ou menor atrito entre a superfície de folga e a superfície recém formada e pode melhorar a estabilidade da aresta. Geralmente varia de 2º a 12º.
- β (sharpness angle): Ângulo da cunha 
- γ (clearance angle): Ângulo de saída, afeta a formação do cavaco, diminuindo ou aumentando o atrito do cavaco com a superfície de saída, resultando em mudança no ângulo do plano de cisalhamento. Isso implica em redução ou aumento nas forças de corte. Geralmente varia de -10º a 20º. 
- Back of tool: parte inferior da ferramenta 
- Direcction of cutting edge: direção do corte 
9. As definições das arestas e superfícies que compõem a cunha de cortante não são suficientes para a determinação da geometria da ferramenta. Por quê?
Ao ser construída e usada uma ferramenta de corte, deve-se considerar a resistência que o material oferecerá ao corte. A cunha da ferramenta deve ter um ângulo de cunha capaz de vencer a resistência do material a ser cortado, sem que sua aresta cortante seja prejudicada.
Deve ser considerado também o ângulo de folga e o ângulo de saída. 
10. Qual a influência do ângulo de saída em uma ferramenta? Faça desenho esquemático para S>0, S<0 e S=0. 
O ângulo influencia consideravelmente a estabilidade da cunha. Ferramenta demasiadamente positivas podem quebrar devido ao enfraquecimento da cunha. Como vantagens de um ângulo de saída tem-se a diminuição da força de corte e força de avanço, bem como uma considerável melhora na qualidade da superfície da peça. 
- γ (Ângulo de saída): afeta a formação do cavaco, diminuindo ou aumentando o atrito do cavaco com a superfície de saída, resultando em mudança no ângulo do plano de cisalhamento. Isso implica em redução ou aumento nas forças de corte. Geralmente varia de -10º a 20º. 
11. Defina os planos de referência de uma ferramenta de corte.
Plano de referência: é o plano que, passando pelo ponto de referência, é perpendicular à direção de corte. 
12. Quais são os ângulos medidos no plano ortogonal? Explique cada um deles.
Os ângulos medidos no plano de medida (ortogonal) são: 
 Ângulo de folga (α): é o ângulo entre a superfície de folga e o plano de corte, medido no plano de medida/ortogonal. O ângulo de folga é positivo quando o plano de corte da ferramenta ficar fora da cunha de corte. 
 Ângulo de cunha (β): é o ângulo entre a superfície de saída e a superfície de folga, medido no plano de medida/ortogonal. 
 Ângulo de saída (γ): é o ângulo entre a superfície de saída e o plano de referência, medido no plano de medida/ortogonal. O ângulo de saída é positivo quando o plano de medida/ortogonal ficar fora da cunha de corte. 
13. Cite as funções e influência dos principais ângulos da cunha cortante.
14. Defina corte ortogonal. Faça desenho esquemático. O corte ortogonal faz uma simplificação do corte na qual as direções dos movimentos de corte, avanço e de saída do cavaco passem a fazer parte de um mesmo plano. 
15. Além das considerações relacionadas às direções, quais as outras condições que se devem ser atendidas para que o corte seja considerado ortogonal?
Além das considerações relacionadas às direções, outras condições devem ser atendidas para que o corte seja considerado ortogonal: 
 A aresta de corte deve ser reta e perpendicular à direção de corte; 
 A aresta de corte deve ser maior que a largura de corte b; 
 A espessura de corte h, que é igual ao avanço, deve ser pequena em relação á largura de corte b; 
 A largura de corte b e a espessura do cavaco b’ devem ser idênticas; 
 O cavaco formado deve ser contínuo, sem formação de aresta postiça de corte; 
16. Quais são os fatores que influenciam na formação dos cavacos?
A geometria da ferramenta, material da ferramenta, condições de corte, maquina-ferramenta, fluido de corte, material da peça e quebra cavaco. 
17. Define os três estágios da formação do cavaco.
1. Recalque 
2. Deformação plástica 
3. Ruptura
18. Defina zona de cisalhamento primária. Faça desenho esquemático.
Região onde material entre em cisalhamento. 
19. Sob todos os aspectos, qual a pior forma de cavaco? 
 Cavacos longos ocupam muito espaço em relação ao espaço ocupadopor 
 sólidos com a mesma massa, o que causa problemas de armazenamento, manuseio e descarte; 
 Representam riscos para o operador caso venham se enrolarem em torno da peça, da ferramenta ou de componentes da máquina-ferramenta; 
 Podem comprometer o acabamento superficial da peça caso enrolem-se em torno dela; 
 Podem afetar a vida das ferramentas, as forças de usinagem e a temperatura de corte; 
 Podem impedir o acesso regular do fluido de corte; 
20. Quais são as quatro etapas da formação do cavaco?
De modo resumido, a formação do cavaco consiste de quatro etapas que são: 
 Deformação elástica, ou recalque; 
 Deformação plástica; 
 Ruptura; 
 Movimento do cavaco sobre a superfície da ferramenta; 
21. Define os fenômenos que ocorrem na interface cavaco-ferramenta.
Fenômenos que ocorrem na interface cavaco-ferramenta são: 
· Aderência; 
· Escorregamento; e 
· Aresta postiça de corte, APC. 
22. Defina zona de aderência na interface cavaco ferramenta.
Os fenômenos que ocorrem na interface cavaco-ferramenta não são totalmente esclarecidos. A teoria mais aceita foi proposta por Trent (1963), que assume a existência de uma zona de aderência e de uma zona de escorregamento na interface cavaco-ferramenta.
23. Defina condições de escorregamento na interface cavaco ferramenta.
A zona de escorregamento é localizada na periferia da zona de aderência e tem início onde a tensão de cisalhamento, segundo o modelo de Zorev, passa a decrescer e se estende até a região onde esta se anula. 
 Afinidade química entre os materiais da ferramenta e da peça; Condições atmosféricas; Tempo de usinagem; Velocidade de corte
Nestas condições a área real é menor que a área aparente. Neste caso não existe a zona de fluxo, e movimento relativo ocorre justamente na interface. A geração de calor ocorre por flashes, em cada ponto de contato.
24. O que é APC na interface cavaco ferramenta? Cite algumas condições que influência no aparecimento da APC. Quais são os tipos de materiais que à APC ocorre com mais frequência? 
A formação da Aresta Postiça de Corte, APC, ocorre durante a usinagem a baixas velocidades de corte, a partir de uma porção de material encruado que se posiciona entre a superfície de saída da ferramenta e o cavaco em formação.
A formação da APC pode ser relacionada com uma pessoa caminhando sobre um terreno de lama. O barro começa a grudar no sapato e muda a forma de solado. Ele vai crescendo em tamanho até cair, e o processo começa a se repetir”. Serope Kalpakjian
25. Defina ângulo de cisalhamento e grau de recalque?
A zona de aderência é responsável pelo surgimento de tensões de compressão na zona de cisalhamento primária e com isso a posição da máxima tensão de cisalhamento não fica posicionada a 45° em relação à vertical, como no ensaio de compressão, mas em uma posição que descreve um ângulo menor 45°.
O fato de o ângulo de cisalhamento ser menor que 45°, faz com que a espessura do cavaco seja maior que a espessura de corte. A razão entre a espessura do cavaco e a espessura de corte é definida como grau de recalque.
26. Classifique os cavacos quanto ao tipo e forma.
Quanto ao tipo, os cavacos podem ser classificados em:
· Cavacos contínuos;
· Cavacos parcialmente contínuos;
· Cavacos descontínuos;
· Cavacos segmentados.
Quanto à forma, os cavacos são geralmente classificados em:  Cavaco em fita;
· Cavaco helicoidal;
· Cavaco em espiral;
· Cavaco em lascas ou pedaços.
27. Defina o porquê da utilização do quebra cavaco nas ferramentas de corte. E qual é sua influência no processo de usinagem?
A utilização do quebra cavado nas ferramentas de corte, podem evitar: 
· Cavacos longos ocupando muito espaço em relação ao espaço ocupado por sólidos com a mesma massa, o que causa problemas de armazenamento, manuseio e descarte;
· Riscos que os cavacos formados podem oferecer para o operador caso venham se enrolarem em torno da peça, da ferramenta ou de componentes da máquina-ferramenta;
· Comprometimento do acabamento superficial da peça caso enrolem-se em torno dela;
· Que afete a vida das ferramentas, as forças de usinagem e a temperature de corte;
· Que até mesmo impeça o acesso regular do fluido de corte. 
O quebra cavaco pode influênciar no processo de usinagem nos seguintes pontos: 
· Evitando o “enrolamento” do cavaco na ferramenta; 
· Comprometimento do acabamento superficial da peça caso enrolem-se em torno dela; 
· Podem diminuir o tempo de contato do cavaco com a ferramenta e, com isso, reduzir a tranferência de calor; 
· Não permitindo que o cavaco se enrole e atrapalhe o acesso regular do fluido de corte.
28. Defina força de usinagem.
O conhecimento das forças que agem na cunha cortante e o estudo de seus comportamentos são de grande importância. De posse de suas grandezas, a potência requerida para executar o corte pode ser determinada. A força de usinagem pode ser responsável direta pelo colapso da ferramenta de corte por deformação plástica da aresta, além de influenciar diretamente no desenvolvimento de outros mecanismos e processos de desgaste.
29. Faça desenho esquemático demonstrando as forças que atual no processo de usinagem.
30. Quais são os fatores que influência na força de usinagem? Defina cada fator.
Pode se afirmar que todos os fatores que contribuem para a movimentação livre do cavaco por sobre a superfície de saída atuam no sentido de diminuir a força de usinagem. Se as condições da interface se apresentarem como uma restrição ao escoamento livre do cavaco, a ação da ferramenta sobre a superfície inferior da cunha do cavaco tem que ser maior para vencer esta restrição (Machado e Da Silva, 1993).
Áreas dos planos de cisalhamento primário e secundário; Resistência ao cisalhamento do material da peça nesses planos;
Material da peça
De uma maneira geral, quanto maior a resistência do material da peça, maior é a resistência ao cisalhamento nos planos de cisalhamento e maiores serão as forças de usinagem. Entretanto, materiais extremamente dúcteis, como ferro e alumínio comercialmente puros, podem alterar a área da seção de corte, alterando a força de usinagem.
Aderência; Material da ferramenta
A afinidade química do material da ferramenta com o material da peça pode atuar, principalmente, na área da seção de corte. Se a tendência for produzir uma zona de aderência estável e forte, a força de usinagem poderá ser aumentada. Se a tendência for diminuir o atrito na interface, a área de contato poderá ser reduzida, diminuindo a força de usinagem.
Velocidade de corte
A velocidade de corte apresenta pouca influência, na faixa em que é utilizada em níveis industriais, sem a presença da aresta postiça de corte. Pela maior geração de calor e consequente redução da resistência ao cisalhamento do material e pela ligeira redução na área de contato cavaco- ferramenta, existe uma tendência de redução da força de usinagem com o aumento da velocidade de corte (Machado e Da Silva, 1993).
Avanço e profundidade de corte
O aumento destes dois fatores causa um aumento da força de usinagem, numa proporção direta, quase linear. A área da seção de corte, As, é definida pelo produto entre o avanço e a profundidade de corte.
Geometria da ferramenta
O ângulo mais influente é o de saída, γ0. Uma redução deste tende a aumentar a área de contato e impor uma maior restrição ao escorregamento do cavaco por sobre a superfície de saída, aumentando a força de usinagem. O ângulo de posição, χr, também influencia a força de usinagem.
Estado de afiação da ferramenta
O desgaste da ferramenta pode alterar a sua geometria. Porém, o efeito maior deve- se ao aumento da área de contato com o cavaco ou com a peça, com a evolução do desgaste de cratera e de flanco. Com isto, normalmente há um aumento da força de usinagem.
31. Qual o ângulo da ferramenta influência mais na força de usinagem?
O ângulo mais influente é o de saída, γ0. Uma redução deste tende a aumentar a área de contato e impor uma maior restrição ao escorregamento do cavaco por sobre a superfície de saída, aumentando a força de usinagem.
32.Defina qual a influência do fluido de corte na força de usinagem.
Se na ação do fluido predominar a lubrificação, há uma redução da área de contato e diminuição da força de usinagem. Entretanto, se prevalecer a refrigeração, o fluido pode aumentar a força de usinagem, por promover um aumento da resistência ao cisalhamento do material nas zonas de cisalhamento, devido a uma redução da temperatura.
33. Defina cavaco segmentado.
Os cavacos segmentados são obtidos na usinagem de materiais de baixa condutividade térmica, ou em materiais com condutividade térmica relativamente elevada, desde que sejam usinados em velocidades de corte elevadas comparadas à velocidade do fluxo de calor no material.
As deformações no plano de cisalhamento primário provocam a elevação da temperatura naquela região. O calor gerado no plano de cisalhamento primário se propaga por condução para a peça e para o cavaco. Na usinagem de materiais com baixa condutividade térmica, o calor gerado no plano de cisalhamento primário tende a ficar concentrado naquela região, o que provoca a redução da resistência ao cisalhamento.
34. Defina duas vantagens e desvantagem de uma ferramenta com ângulo negativo e positivo.
A ferramenta com ângulo positivo.
Vantagens:
Redução do esforço de corte, trabalho com máquina de baixa rigidez. 
Desvantagens:
Diminuição da resistência da aresta de corte, e dificuldade em trabalhar com material de alta dureza.
A ferramenta com ângulo negativo.
Vantagens:
Material usinado de alta dureza, e maior resistência da aresta de corte quando exigido.
Desvantagens:
Aumento do esforço de usinagem, e consumo maior de potência.
35. Desenhar ferramenta de torneamento com características definidas (ângulo de ponta, inclinação e saída), identificando os 7 ângulos principais.
Obs. não tenho certeza sobre o desenho, vou confirmar posteriormente.
36. No processo de furação, o que ocorre com a formação do cavaco na região do centro de uma broca? Explique este efeito a partir da análise da velocidade de corte. 
No processo de furção, As baixas velocidades de corte e os ângulos de saída muito negativos na região do gume transversal geram uma condição extremamente desfavorável para a formação do cavaco, de forma que a formação do cavaco é dificilmente considerada um processo de corte nesta região. A remoção do cavaco no centro do furo é consequência da combinação de dois processos: extrusão e corte oblíquo com ângulos muito negativos. Estes dois mecanismos geram deformações plásticas consideráveis que aumentam a dureza do material da peça na região do gume transversal.
37. Defina um método de medição da força de usinagem em processo de fabricação por remoção de cavaco.
Para a medida da força de usinagem experimentalmente existem diversas técnicas, ê suficiente a determinação, da força de corte média estática, mas para o estudo do mecanismo de formação do cavaco e para estudos de estabilidade dinâmica da máquina : ferramenta, é necessária a determinação da variação da força de corte (medição dinâmica) . os componentes da força de usinagem são medidas atra vês de sistemas de medição que satisfaçam os seguintes requisitos:
 - boa sensibilidade
 - boa precisão 
- rigidez
 - exatidão de reprodução de forças variáveis com tempo
 - insensibilidade quanto â variação de temperatura e ã umidade 
- elevada freqüência própria.
38. Defina as forças de usinagem no corte ortogonal.
As forças de usinagem são consideradas como uma ação da peça sobre a ferramenta, A determinação da força de usinagem (intensidade, direção e sentido) é feita por meio da medição de suas componentes em direções conhecidas. A força total resultante que atua sobre a cunha cortante é chamada de força de usinagem.
· Força ativa (as forças ativas contribuem para a potência de usinagem).
· Força de corte (Fc): projeção da Fu na direção de corte. 
· Força de avanço (Ff ): projeção de Fu na direção de avanço 
· Força passiva (Fp – ou força de profundidade)
39. Defina potencia de usinagem.
A potência de Avanço (P f) é normalmente muitas vezes menor que a de corte (P c), chegando até a 140 vezes, Então desprezar a potência de avanço no dimensionamento do motor da máquina, nas que somente um motor é responsável tanto pelo movimento de avanço, quanto pelo movimento de corte.
Pm= Pc/n
 rendimento da máquina:
 • 60 a 80% em máquinas convencionais 
• Maior que 90% em máquinas CNC
40. Qual a influência da potencia de usinagem no processo de fabricação por remoção de cavaco?
Os fatores que contribuem para a movimentação livre do cavaco por sobre a superfície de saída atuam no sentido de diminuir a força de usinagem. Se as condições da interface se apresentarem como uma restrição ao escoamento livre do cavaco, a ação da ferramenta sobre a superfície inferior da cunha do cavaco tem que ser maior para vencer esta restrição
Áreas dos planos de cisalhamento primário e secundário;
Resistência ao cisalhamento do material da peça nesses planos;
 Influência básica: Influência corrigível: 
· Material – peça Geometria
· Avanço Vel. De corte
· Profundidade Desgaste