MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA PROJETO MECÂNICO PRELIMINAR DE UM EQUIPAMENTO PARA A REALIZAÇÃO DE ENSAIOS DE USINAGEM POR CORTE ORTOGONAL por Eduardo D avia Peixoto Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia Mecânica da Escoa de Engenharia da Universidade Federa do Rio Grande do Su, como parte dos requisitos para obtenção do dipoma de Engenheiro Mecânico. Porto Aegre, Junho de 2018

2 Universidade Federa do Rio Grande do Su Escoa de Engenharia Departamento de Engenharia Mecânica PROJETO MECÂNICO PRELIMINAR DE UM EQUIPAMENTO PARA A REALIZAÇÃO DE ENSAIOS DE USINAGEM POR CORTE ORTOGONAL por Eduardo D avia Peixoto ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE ENGENHEIRO MECÂNICO APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA Prof. Thamy Cristina Hayashi Coordenador do Curso de Engenharia Mecânica Área de Concentração: Projeto e Fabricação Orientador: Prof. Herado José de Amorim Comissão de Avaiação: Prof. André João de Souza Prof. Patric Danie Neis Prof. Herado José de Amorim Porto Aegre, 28, Junho de ii

3 Peixoto, E. D. Projeto mecânico preiminar de um equipamento para a reaização de ensaios de usinagem por corte ortogona fohas. Monografia (Trabaho de Concusão do Curso em Engenharia Mecânica) Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federa do Rio Grande do Su, Porto Aegre, 2018 RESUMO O presente trabaho apresenta o desenvovimento do projeto mecânico de um equipamento para a reaização de ensaios por corte ortogona, com o objetivo de estudar os mecanismos de formação de cavaco em diferentes materiais, incuindo os de ata resistência mecânica e difíci usinabiidade. O equipamento deve atender os requisitos de projeto, incuindo rigidez estrutura adequada e ser de fáci operação. O equipamento deve ainda ser capaz de operar em conjunto com os sistemas de instrumentação necessários ao estudo da formação do cavaco, incuindo uma câmera de fimagem de ata veocidade e um dinamômetro piezoeétrico. A anáise estrutura do equipamento foi reaizada peo método da rigidez, incuindo o uso de dados fornecidos por fabricantes e simuações numéricas através do método dos eementos finitos. Visando reduzir a interferência de eventuais desocamentos sobre os resutados obtidos, o dimensionamento foi feito com o objetivo atingir vaores de rigidez compatíveis com os descritos na iteratura para máquinas operatrizes. Propôs-se para o movimento reativo entre a ferramenta e a peça um sistema pneumático dimensionado de acordo com a força máxima prevista. Os métodos descritos possibiitaram projetar um equipamento para a reaização de ensaios de usinagem por corte ortogona atendendo aos requisitos de projeto. PALAVRAS-CHAVE: Máquina Operatriz, Rigidez, Corte Ortogona. iii

4 Peixoto, E. D. Machine-too preiminary design of an orthogona cutting test equipment pages. Monografia (Trabaho de Concusão do Curso em Engenharia Mecânica) Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federa do Rio Grande do Su, Porto Aegre, ABSTRACT This work presents the mechanica design of an orthogona cutting machine for machining tests. The main goa of this machine is to study chip-forming mechanisms in different materias, incuding high resistance and ow machinabiity materias. The deveoped equipment must have a suitabe stiffness and aow the use of the desired instrumentation systems, that incude a high speed camera and a piezoeectric dynamometer. Structura anaysis was carried out through the stiffness approach, incuding data provided by manufacturers and by numerica simuations using the finite eements method. Aiming to reduce the interference of eventua dispacements over the obtained resuts, dimensioning was carried out with the goa of achieving stiffness vaues compatibe with those described in iterature for machine too. The reative movement between the too and the part wi be provided by a pneumatic system dimensioned according to the maximum predicted force. Through the described methodoogy made possibe to design orthogona cutting machine according the design requirements. KEYWORDS: Machine Toos, Stiffness, Orthogona Cutting iv

5 ÍNDICE Pág. 1. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Mecanismos de formação do cavaco Rigidez em maquinas-operatriz PROJETO Requisitos de Projeto Projeto Conceitua Instrumentação DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE Patins e Guias Estrutura Acionamento Sistema de Travamento Equipamento Desenvovido CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Apêndice I Apêndice II Apêndice III Apêndice IV Apêndice V v

6 1. INTRODUÇÃO A usinagem tem fundamenta importância na indústria contemporânea, tanto na construção de peças, quanto no acabamento superficia dessas. Grande parte dos componentes mecânicos produzidos depende, de forma direta ou indireta, de agum processo de usinagem. Objetivando a redução dos custos de fabricação e o aumento da produtividade nos processos de usinagem, grande esforço é despendido na busca de ajustes ótimos entre os parâmetros de usinagem [Diniz, 2008]. O conceito de usinagem é entendido como o procedimento peo qua se retira materia de uma peça em seu processo de fabricação, conferindo-he forma, dimensão ou acabamento. Esse processo tem por consequência a geração de um subproduto, com forma irreguar, chamado cavaco. Os fenômenos envovidos no processo de formação do cavaco infuenciam fortemente os resutados obtidos nos processos de usinagem, afetando a vida da ferramenta, as características das peças fabricadas (dimensões e acabamento) e agumas grandezas metaúrgicas do materia, como dureza e tensão superficia. Para que os mecanismos de formação do cavaco sejam estudados, é necessário o entendimento dos diversos parâmetros que interferem no processo. O seu estudo experimenta é de grande importância, pois seu modeamento teórico segundo as teorias cássicas é dificutado, pois as veocidades e deformações envovidas no processo de usinagem não são compatíveis com as apicadas da teoria da pasticidade [Ferraresi, 1970]. Para o estudo dos mecanismos de formação do cavaco, o processo de usinagem por corte ortogona se destaca pois, ao dar forma à peça com a aresta de corte perpendicuar ao pano de trabaho, a formação do cavaco pode ser considerada um fenômeno bidimensiona. Ta simpificação não atera as características do fenômeno, e por consequência, os resutados obtidos no pano de trabaho são váidos para o processo tridimensiona reduzindo a quantidade de parâmetros que podem infuenciar no corte [Diniz, 2008]. Estudos sobre corte ortogona reaizados na UFRGS [Treha, 2017] se mostraram promissores. No entanto, a montagem e a caibração da câmera de ata veocidade e do dinamômetro piezoeétrico em torno mecânico rotativo permanecem sendo obstácuos ao desenvovimento dessas pesquisas, uma vez que a estrutura do equipamento dificuta o correto posicionamento dos sistemas de instrumentação utiizados. Este trabaho objetiva o projeto mecânico preiminar de um equipamento que faciite a reaização de estudos da usinagem por corte ortogona em diversos materiais REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A base para um mehor entendimento de todos os processos de usinagem está no estudo científico da formação do cavaco [Machado, 2011]. A formação do cavaco infuencia diversos fatores igados a usinagem, tais como o desgaste da ferramenta, os esforções de corte, o caor gerado na usinagem, a penetração do fuido de corte, etc [Diniz, 2008]. No projeto da estrutura de máquinas-ferramentas o requisito rigidez é muito mais importante do que o requisito capacidade de carga, isto porque os esforços gerados durante a usinagem, e suas consequentes deformações são, em gera, bem inferiores aos imites admissíveis para vários materiais [Stoeterau, 2004] Mecanismos de formação do cavaco Entende-se como cavaco a porção do materia que, ao ser retirado da peça, no processo que he confere forma, dimensão ou acabamento, possui formato irreguar. Sua formação tem importância no processo, pois tem infuência direta em parâmetros como desgaste da ferramenta, temperatura de corte e forças de corte. Tais parâmetros são de reevantes no aspecto econômico dos processos de fabricação [Diniz, 2008].

7 2 Conforme descrito por Ferraresi, 1970, a formação do cavaco, em gera, nas condições normais de usinagem com ferramentas de meta duro ou aço rápido, se processa da seguinte forma: iniciamente, devido à penetração da ferramenta, uma parte do materia da peça é recacada contra a superfície de saída da ferramenta. Com a progressão das deformações pásticas sofridas peo materia, as tensões de cisahamento se tornam suficientemente grandes para que parte do materia inicie o desizamento entre o materia recacado e a peça. Com o objetivo de faciitar o modeamento matemático do processo, esta região é tratada como um pano, chamado pano de cisahamento, cuja direção é definida peo ânguo de cisahamento ø (Figura 2.1). Figura 2.1 Formação do Cavaco. [Machado, 2011]. Com a penetração da ferramenta na peça ocorre a ruptura por cisahamento do materia recacado e a consequente formação do cavaco, seguindo o pano de cisahamento. Por fim, devido ao movimento reativo entre peça e ferramenta, o cavaco inicia o escorregamento sobre a superfície de saída da ferramenta. Enquanto ta escorregamento ocorre, uma nova porção do materia é formada, repetindo o processo Rigidez em máquinas operatrizes Pode-se definir rigidez como a resistência do corpo a deformar-se em virtude da apicação de uma força. Sendo aqueas provenientes de carregamentos fexivos e torcionais são as mais importantes em máquinas-ferramentas, pois geram desainhamentos e desocamentos dos eementos guia e em suas partes móveis, gerando imprecisão no equipamento [Joshi, 2007]. Para o projeto estrutura de um equipamento do tipo máquina operatriz, é de fundamenta importância que sua estrutura e componentes sofram os menores desocamentos possíveis durante sua operação, a fim de que os resutados obtidos tenham a maior precisão no que tange aos fenômenos envovidos. O desenvovimento da configuração interna da estrutura deve ser reaizado tendo como base os conhecimentos integrados de mecânica dos sóidos e resistência dos materiais. Para isso, utiiza-se o método da rigidez, onde sua estrutura pode ser dividida em suas partes constituintes, onde cada uma deas possui sua rigidez equivaente, de acordo com suas vincuações, forma e materia. Da associação da rigidez dos componentes do equipamento, resuta sua rigidez efetiva. [Koenigsberger, 1970]. 3. PROJETO O projeto mecânico do equipamento inicia com a definição dos requisitos de projeto para o equipamento será desenvovido, em seguida o projeto conceitua define o seu formato, materia de construção, movimentos reativos, seu método de travamento e por fim a instrumentação que será utiizada no equipamento.

8 Requisitos de projeto Para a o procedimento a ser reaizado, busca-se um equipamento que possua: Compatibiidade com instrumentação: Busca-se que o equipamento projetado tenha conexões e dimensões tais que torne possíve o seu trabaho em conjunto com a instrumentação disponíve. Campo de visão: Espera-se obter um bom campo de visão do ponto de interação entre a peça e a ferramenta, onde nenhum dos componentes do equipamento interfira no enquadramento da fimagem ou no posicionamento da câmera de ata veocidade. Rigidez: A estrutura frente aos esforços do processo de usinagem deve possui a maior rigidez estrutura possíve, isto é, os desocamentos devem estar dentro dos imites aceitáveis. Para ta, procura-se chegar a um equipamento com vaores de rigidez efetiva próximos aos descritos em iteratura para máquinas operatrizes de ata precisão. Potência: O desenvovimento deste equipamento visa estudos com diferentes metais, incuindo os de ata resistência mecânica, usuamente utiizados na indústria nava ou espacia, como os aços Dupex, Super Dupex e Incone. Busca-se um equipamento que tenha potência de acionamento suficiente para a reaização de ensaios com tais materiais. Intercambiaidade: O equipamento deve ser capaz de reaizar ensaios equipado com ferramentas de corte com insertos intercambiáveis de diferentes casses. Faciidade de operação: O equipamento deve ter seu procedimento de ensaio simpes, rápido e de fáci repetição. Tais características se dão pea correta seeção de seu formato e de seus componentes Projeto conceitua Ao se anaisar o processo de usinagem por corte ortogona, verifica-se que esse possui movimentos e parâmetros compatíveis com os observados no apainamento horizonta. Ao ser seecionado esse tipo de usinagem, são eiminados os efeitos dinâmicos da rotação, transmissibiidade do sistema e desbaanceamento rotativo presentes no torneamento ciíndrico. De acordo com Koenigsberger,1964, existem diversos arranjos de estruturas de máquinas operatrizes descritos na iteratura. No desenvovimento do projeto do equipamento, destacam-se dois arranjos que são usuamente utiizados em painas horizontais, e atenderiam os requisitos de projeto, são ees: o tipo cubo vazado e o tipo C (Figura 3.1). Figura 3.1 Arranjos possíveis para máquina ferramenta do tipo paina horizonta. Adaptado de Koenigsberger,1964. Do ponto de vista estrutura, o arranjo do tipo cubo vazado possui maior rigidez. Por outro ado, o arranjo C possui maior simpicidade em sua construção e faciidade de operação, devido a sua maior acessibiidade para o posicionamento e troca da ferramenta de corte. Segundo

9 4 Bamberg, 2000, vaores de rigidez adequados para máquinas operatrizes de ata quaidade estão entre 10 e 25 N/µm. Na seeção de um materia para a estrutura do equipamento, evou-se em consideração a função do equipamento, os esforços a que ee será submetido durante sua operação, e o seu custo. Para ta seeção, foi considerado que o equipamento deverá ser construído no Laboratório de Automação em Usinagem da UFRGS (LAUS), e que seja confeccionado de materia de usinabiidade adequada. Para o movimento reativo entre o corpo de prova e a ferramenta, responsáve pea formação do cavaco, optou-se por movimentar a peça enquanto a ferramenta de corte é mantida fixa. Ta escoha se deu para faciitar o posicionamento e controe de foco da câmera. Para o movimento do corpo de prova e do dinamômetro, optou-se peo uso de sistemas compostos por guias ineares e patins com esferas (Figura 2), que permitem a obtenção de uma estrutura com ata precisão, boa rigidez e suavidade de desocamento. Optou-se por utiizar duas guias ineares e quatro patins, que serão unidos a uma base onde será posicionado o dinamômetro. Figura 3.2 Movimento reativo entre ferramenta e peça. Como uma das premissas de projeto é que o equipamento seja capaz de reaizar ensaios com ferramentas de insertos intercambiáveis, foram projetados dois componentes intercambiáveis em que se pudessem acopar as ferramentas de corte ao seu suporte, e este no equipamento, sem perda significativa de rigidez estrutura. Sua conexão com o equipamento é feita por um perfi quadrado, o que garante a ortogonaidade entre a ferramenta de corte e o equipamento e o ainhamento da aresta de corte com a direção desejada. A fixação da ferramenta de corte a esse componente será reaizado por 4 parafusos de travamento Aen M6. Com a demanda de se reaizar diversos ensaios em um mesmo corpo de prova montado no equipamento, identificou-se a necessidade de movimentos vertica e transversa da ferramenta de corte. A Figura 3.3 iustra o movimento de ajuste vertica (eixo z), reaizado através da fixação do suporte da ferramenta. O movimento transversa (eixo y) é reaizado peo desocamento, sobre um barramento, do carro móve (Figura 3.4).

10 5 Figura 3.3 Encaixe do porta ferramenta no equipamento. Figura 3.4 Movimento da ferramenta em reação à estrutura. Devido ao fato de o carro possuir movimento reativo, este deverá ser fixado na estrutura por meio de um sistema hidráuico constituído por dois pistões. Ao ser acionado, através de um sistema de manípuo e rosca, o êmboo de diâmetro menor (e que apresenta maior curso) pressiona o fuido de trabaho que, por sua vez, movimenta o êmboo de maior diâmetro, travando o carro na estrutura do equipamento. Destaca-se que os êmboos que irão reaizar o travamento serão encaixados em um rebaixo na estrutura do equipamento (Figura 3.5), o que imitará desvios em seu posicionamento vertica. Ta sistema torna o procedimento de movimentação do carro mais rápido e prático. Figura 3.5 Sistema de travamento hidráuico do carro móve. No dimensionamento do sistema de acionamento do equipamento foi utiizada como parâmetro de entrada do probema a força proveniente da usinagem do materia. Para a movimentação do materia em reação à ferramenta foi seecionado o acionamento pneumático, já que as condições necessárias para a operação do equipamento são incompatíveis com os acionamentos por fuso ou hidráuico.

11 6 Devido a um dos requisitos de projeto determinar que o equipamento a ser construído seja capaz de receber a instrumentação disponíve, foi projetado um suporte para a câmera de vídeo de ata veocidade. O suporte deverá apresentar dimensões e conexões que possibiitem a reaização de fimagens com segurança e que as tomadas de vídeo a partir do ponto de interface ferramenta peça não sejam obstruídas por outros componentes do equipamento. Para um correto posicionamento da câmera, o seu suporte possuirá reguagem de distância (eixo y) do ponto de contato ferramenta/peça Instrumentação Para a caracterização da força durante os ensaios, foi seecionado o dinamômetro Kister Modeo 9129AA (Figura 3.6), pertencente ao LAUS-UFRGS, com faixa de medição de ±10 kn nas 3 direções. Sua fixação no conjunto movimentado é feito por oito parafusos Aen de ¼ de poegada, conforme descrito peo fabricante. O equipamento possui uma área de fixação do corpo de prova de 170 x 90 mm e 16 furos rosqueados M6, o que possibiita a utiização de diversos formatos de corpos de prova. Figura 3.6 Dinamômetro Kister modeo 9129AA. Com objetivo de registrar o fenômeno de formação do cavaco, será utiizada uma câmera de ata veocidade do modeo Phantom V411 (Figura 3.7). Este equipamento possui capacidade de fimagem de até frames por segundo a uma resoução de 128x8 pixes, característica fundamenta para a captura de imagens que possibiitem a anáise do processo de formação do cavaco. No pós-processamento, via software, é possíve rastrear pontos em movimento na fimagem e reaizar medição de distância, aceeração, veocidade, ânguos e veocidade anguar. Para que ocorra um avanço exato da ferramenta sobre o materia a ser ensaiado, será posicionado sobre o suporte da ferramenta de corte um reógio comparador com resoução de 0,01 mm. Este sistema é necessário porque o posicionamento e travamento da ferramenta de corte serão reaizados de forma manua. Com o objetivo de proporcionar o movimento do carro, e por consequência a reaização de diversos ensaios sequenciais, foi seecionado um posicionador do tipo fuso (Figura 3.8) Figura 3.7 Câmera de ata veocidade Phanton V411.

12 7 Figura 3.8 Sistema de posicionamento do carro móve. 4. DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE O dimensionamento de componentes evou em consideração um coeficiente de segurança de 1,5 para os esforços provenientes da interação entre peça e ferramenta, tomando como base as forças de corte de 1200 N, obtidas por Kadam, 2017, no torneamento de aço inoxidáve super dupex SAF2507, com ferramenta de meta duro revestida com TiASiN. Os parâmetros utiizados foram avanço de 0,35 mm, e profundidade de corte de 2 mm. O materia seecionado para a construção da estrutura e componentes internos do equipamento é o aço SAE 1040, com móduo de easticidade de 190 GPa, imite de escoamento de 415 MPa e coeficiente de Poisson de 0,3. Este materia foi seecionado devido à faciidade de obtenção junto às distribuidoras de aço, aiada à sua boa usinabiidade e propriedades mecânicas adequadas ao objetivo. 4.1 Patins e guias Para o dimensionamento das guias ineares e dos patins com gaioas de esferas, foram consideradas as forças máximas nas direções verticais e horizontais, seguindo o procedimento descrito peo manua de seeção da fabricante de guias ineares THK. As situações em que os patins são submetidos ao máximo esforço são aqueas em que os braços de aavanca são máximos, resutando em um maior momento sobre ees. Tais situações ocorrem quando a ferramenta inicia ou finaiza o contato com o corpo de prova e no início ou fina da zona de ensaio, conforme Figura 4.1 Figura 4.1 Instante do ensaio de máximo momento sobre o conjunto de patins e guias.

13 8 Para a situação descrita, os momentos máximos aos quais os patins são submetidos são de 18 N m no eixo Z, 216 N m no eixo Y e 36 N m no eixo X, conforme Apêndice III. Utiizou-se para o cácuo da carga estática um coeficiente de contato fc de 0,8, pois haverá dois patins por guia e um coeficiente de segurança de 5,5, pois, durante a sua operação, os patins estarão submetidos a choques e vibrações conforme catáogo gera THK. Com esses fatores, chegou-se a uma carga estática de 3,05 kn, conforme Apêndice III. Seguindo o catáogo da THK, foi seecionado o modeo SSR 20XW (Figura 4.2) Figura 4.2 Patins THK SSR 20XW. Fonte: Catáogo THK 4.2. Estrutura Devido ao fato de o equipamento possuir componentes de geometrias compexas, o cácuo da sua rigidez de modo anaítico é de difíci reaização. Em vista disso, foi reaizada uma investigação através de uma anáise de eementos finitos com o software COMSOL. Para que fosse possíve a reaização de uma anáise mais detahada entre os componentes, foi utiizado o maior desocamento ocorrido, não tendo sido evado em consideração a sua direção. Ta decisão se deu, pois, ao apresentar o maior desocamento, o componente terá sua menor rigidez nessa direção, fazendo com que eventuais erros atuem em favor da segurança. A apicação de uma força no ponto de soicitação da peça resuta em um desocamento equivaente [Stoeterau, 2004], reacionado à rigidez da peça pea Equação 4.1: = (4.1) onde F é a força apicada, K é a rigidez do componente e u é o seu desocamento. Se essa força for de móduo unitário, o desocamento equivaente será o inverso da rigidez do componente, ou seja, sua fexibiidade. Visando viabiizar a apicação do método [Witte, 2008] e para que fosse possíve acopar os vaores de rigidez tabeada de componentes seecionados e dos componentes fabricados, o dispositivo desenvovido foi dividido em duas subestruturas, cada uma resutado da associação em série da rigidez de seus componentes (Figura 4.3) Figura 4.3 Associação de rigidez da estrutura.

14 9 Ao ser anaisada, a rigidez tota da estrutura é resutado de uma associação em série da rigidez das subestruturas, conforme Equação 4.2: 1 = (4.2) Sendo apicado o método na porção superior, através de uma anáise em eementos finitos com o software COMSOL, esta apresenta uma deformação de 8,5x10-8 m, resutando em uma rigidez de 11,76 N/µm. Ao anaisar os desocamentos da estrutura verificou-se que o componente de menor rigidez é a ferramenta de corte (Figura 4.4). Em vista disso, procurou-se reduzir o baanço da ferramenta de corte em reação ao porta-ferramenta, sem que houvesse prejuízo ao campo de visão da câmera de ata veocidade. Foi utiizado um comprimento de 15 mm. Figura 4.4 Simuação numérica da porção superior do equipamento. A parte inferior do aço estrutura é composta por eementos que possuem rigidez tabeada. O conjunto de patins e guias tem seus vaores de rigidez para os eixos de trabaho fornecidos peo fabricante, mas ao ser apicado no equipamento é necessária a anáise do conjunto composto peos quatro patins e as duas guias seecionadas, conforme Apêndice I. A anáise evou em consideração a pior situação, ou seja, quando a ferramenta de corte está começando seu contato com a peça e no início ou fina da zona de ensaio. Conforme já mencionado, evou-se em consideração a rigidez de menor vaor, mesmo não sendo esta a direção de operação do equipamento, prezando pea confiabiidade do cácuo, sendo ea de 0,12 N/µm. A rigidez do conjunto móve é constituída pea associação em série dos vaores de rigidez de cada componente. Assim, a Tabea 4.1 apresenta os vaores de rigidez de cada componente que, somados, resutam na rigidez tota da porção inferior do aço estrutura. Tabea 4.1 Vaores de rigidez dos componentes da porção inferior. Componente Rigidez [ N/µm ] Corpo de prova 40 Dinamômetro 1000 Mesa 50 Patins 0,12 Tota 0,125

15 10 Conforme esperado, a rigidez dos componentes inferiores do equipamento, ou seja, sua parte móve, é inferior em reação a parte superior, sendo que o componente de menor rigidez é o conjunto composto por patins e guias. A associação em série dos vaores de rigidez das componentes, superior e inferior do aço estrutura, resuta na rigidez tota do equipamento conforme Equação 4.2, resutando em um vaor de 0,123 N/µm, fora dos imites definidos em iteratura Acionamento O dimensionamento do sistema pneumático para o equipamento foi reaizado considerando a força de acionamento necessária para movimentar o conjunto inferior, composto por patins, mesa, dinamômetro e corpo de prova, contra a ferramenta de usinagem, nas condições de trabaho máximas. Como o equipamento possuirá seis ciindros atuando em conjunto, sendo três dees em seu curso de retorno, cacua-se a área tota de trabaho. Portanto, tendo como referência uma pressão de 8 Bar, segundo Fiaho, 2005, obtêm-se uma área de 0,00225 m², conforme Apêndice II. Existe a necessidade de que a ferramenta de corte esteja fora do corpo de prova, que possui 90mm de comprimento, no início e no fina do ensaio por definição do dinamômetro, devendo o curso de acionamento do ciindro pneumático ser suficiente para isso. Portanto, o curso da haste deve ser de 150 mm, sendo o primeiro comprimento de haste comercia compatíve. Foi seecionado, conforme Apêndice B e disponibiidade do fabricante, um ciindro padrão ISO de dupa ação (Figura 4.5), com 25 mm de diâmetro, 150 mm de curso, haste de 10 mm de diâmetro e pressão máxima de trabaho de 10 Bar. Figura 4.5 Ciindro padrão ISO. Fonte: Catáogo Festo Sistema de travamento Para o travamento do carro, foi considerado que, para ser operado de maneira suave, o torque de aperto do manípuo deverá ser de aproximadamente 1,5 N m. Para ta, dimensionouse o sistema de modo que o êmboo que irá reaizar o travamento tenha curso de 2 mm conforme Apêndice V. O sistema de travamento do suporte na estrutura é composto por um êmboo de 30 mm de diâmetro com curso de 2 mm e outro de 6 mm e diâmetro de 28 mm de curso, ambos possuindo rebaixos e anéis de vedação. Na parte superior é rosqueado um parafuso prisioneiro de medida M10, vazado, com furo de 6 mm de diâmetro, para a entrada do pistão de menor diâmetro e conexão manípuo em sua rosca externa (Figura 4.6).

16 11 Figura 4.6 Vista expodida do sistema de travamento Equipamento desenvovido O equipamento desenvovido, contendo todos os componentes dimensionados, é apresentado na Figura 4.7. Figura 4.7 Equipamento para ensaio de corte ortogona 5. CONCLUSÕES O objetivo de se projetar um equipamento do tipo paina horizonta para reaização de ensaios de usinagem por corte ortogona foi atingido, com o equipamento desenvovido sendo capaz de atender os requisitos de projeto. Do ponto de vista estrutura, conseguiu-se chegar a uma configuração que apresenta vaor de rigidez de 0,123 N/µm, vaor fora da faixa encontrado em iteratura para máquinas ferramenta de ata precisão que é de 10 a 25 N/µm mas um vaor aceitáve para o equipamento proposto. A seeção, número e disposição do conjunto de patins e guias poderá ser usada caso se deseje um sistema mais rígido. A anáise de rigidez por eementos finitos se mostrou uma importante ferramenta de projeto, pois é possíve anaisar conjuntos de geometrias compexas. É de extrema importância para a apicação do método que se conheçam as características reais do equipamento, como o materia de seus componentes e suas condições de contorno, para que ee apresente resutados de forma confiáve. Uma das imitações do método utiizado é que o mesmo considera as

17 12 vincuações entre os componentes como rígidas, o que não ocorre na reaidade, não sendo um probema, caso os componentes forem fabricados e montados da maneira indicada. 6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Como sugestão para trabahos futuros e para que o projeto do equipamento esteja competo, sendo viáve a construção de um protótipo, é necessário o dimensionamento dos acessórios e controes do sistema pneumáticos, a fim de controar precisamente a veocidade do materia em direção a ferramenta de corte. Outro ponto de interesse na etapa de mehoria está no aumento da rigidez da parte móve da estrutura, seja pea troca dos componentes seecionados ou na ateração da configuração proposta, bem como sua anáise frente a vibrações. Para que não haja risco ao operador do equipamento é desejáve uma anáise seguindo normas técnicas de segurança sobre equipamentos e maquinas, onde será possíve descrever procedimentos e parâmetros seguros, bem como equipamentos de proteção individua, para a operação do equipamento. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bamberg, E.; Principes of Rapid Machine Design, Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technoogy, Cambridge, MA, USA, Diniz, E. A.; Tecnoogia da usinagem dos materiais, Editora Bucher, 7 Edição, Ferraresi, E.; Fundamentos de Usinagem dos Metais, Editora Bucher, Primeira Edição, Fiaho, A.. Automação pneumática: projetos, dimensionamento e anáise de circuitos. 3. ed. São Pauo: Érica, 2005 Joshi, P.H.; Machine Toos Handbook Design and Operation, McGraw-Hi, 1st edition, Koenigsberger, F; Design Principes of Meta-Cutting Machine Toos, Pergamon Press, 1 st edition, Koenigsberger, F; Tusty, J; Machine Too Structure, Pergamon Press, 1st edition, Kadam, S.; Experimenta Investigation on Surface Roughness, Cutting Forces and Too Wear in Turning of Super Dupex Stainess Stee With Coated, 2017

18 13 Machado, R. M., Teoria da Usinagem dos Materiais, Apostia, 2 edição Stoeterau, R. L.; Introdução ao Projeto de Máquinas-Ferramentas Modernas, Universidade Federa de Santa Catarina, Treha, B. D. N. Estudo do Torneamento Ortogona das Ligas de Aumínio AISI 6262-T6 e AISI 6351-T6 Universidade Federa do Rio Grande do Su, Witte, H.; Máquinas Ferramentas Eementos Básicos de Máquinas e Técnicas de Construção, Hemus, 7ª edição, 1998.

19 14 Apêndice I Matriz de Rigidez do Conjunto de patins e guias Figura A1 Representação esquemática do conjunto composto por patins e guias. PX P X P X P X P X P X X zz yz yy xz xy xx patins k sim k k k k k k. p y x z y z x x z x y y z k a b sim a a b b b b k p sim 4 0, ,265 0,04 0,026 0,033 0,407 N/µm ] [ 0,94. 1,275 0,19 0,12 0,15 1,95 sim

20 Apêndice II Dimensionamento do sistema de acionamento Pneumático 15 = = [ ] = 0,00225 [ ] =, [ ] = 0, [ ² [ ] [ ] ] = = 0,0194 [ ] = 0,0254 [ ] =, = 0,00049 [ ] h = 0,01 [ ] h =, = 0, [ ²] h = = = 392,7 [ ] Perda por Atritos: Em condições normais de trabaho (faixa de pressão de 400 a 800 KPa ou 4-8 bar), esta resistência pode absorver de 3% a 20% da força cacuada [Fiaho, 2005] = 0,15 = 58,9 [ ] Força de Avanço: = ( ) = ( ) 58,9 = 333,79 [ ] Força de retorno = ( ( h)) = ( ,000412) 58,9 = 270,95 [ ] Força Tota: = (3 ) + (3 ) = 1814 [ ]

21 Apêndice III Dimensionamento do conjunto patins e guia 16 Figura A2 Fator de contato Figura A3 Fator de segurança Figura A4 Esquema de momentos = [ ] [ ] = 450 [ ] = 0,81 = 5,5 = 1800 [ ] = 1800 [ ] = 0,075[ ] = 0,1 [ ] = 0,11 [ ] = = 3,055 [ ] = = 16 [ ] = = 216 [ ] = = 36 [ ]

22 Apêndice IV Dimensões do equipamento 17 Figura A5 Vista fronta Figura A6 Vista superior

23 Apêndice V Dimensionamento do sistema de travamento 18 1 = 0,006 [ ] 2 = 0,030[ ] 1 = 0,002 [ ] 2 = 0,023 [ ] 1 =, = 0,00005 [ ] 2 =, = 0,0007 [ ] 1 = 1 1 = 50 [ ] = 1 = = = = 50 0,0007 0,00005 = 703,1 [ ] 1 h1 = 2 h2 h1 = 2 h2 1 = 0,0007 0,002 0,00005 = 0,028 [ ]