FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE

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1 SEM534 Processos de Fabricação Mecânica Proessor - Renato G. Jasinevicius Aula: Forças e Potências de Corte FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE Força de usinagem Fu é a orça total que atua sobre uma cunha cortante durante a usinagem Componentes da orça de usinagem estão contidas : No plano de trabalho; No plano eetivo de reerência.

2 FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE Ângulo de contato ψ o ou (ϕ) - ângulo central ormado pelos raios que ligam o centro da resa com os pontos onde o dente penetra e sai do material em usinagem. Espessura do cavaco h - é medida sempre na direção radial e varia de zero a um valor máximo h max

3 FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE Forças de Usinagem A orça de usinagem (Fu) é decomposta em uma componente que está no plano de trabalho: Força ativa (Ft): é a projeção da orça de usinagem Fu sobre o plano de trabalho. E em uma componente perpendicular ao plano de trabalho chamada de Força passiva ou orça de proundidade Força passiva (Fp): é a projeção da orça de usinagem Fu sobre a direção perpendicular a direção de avanço, situada no plano de trabalho. 3

4 Forças de Usinagem As componentes da Força Ativa contribuem para a potência de usinagem, pois estão no plano de trabalho: Força de corte (Fc): é a projeção da orça de usinagem Fu sobre a direção do corte (dada pela velocidade de corte). Força de avanço (F): é a projeção da orça de usinagem Fu sobre a direção do avanço. Força de apoio (Fap): é a projeção da orça de usinagem Fu sobre a direção perpendicular a direção de avanço, situada no plano de trabalho. Forças de Usinagem Entre a orça ativa Ft, a orça de apoio Fap e a orça de avanço F vale a relação Logo, t ap F F + F F ap F t F () () 4

5 Forças de Usinagem Para ângulo ϕ* da direção do avanço 90 o Fap Fc t c F F + F (3) F c F t F (4) * ÂNGULO ENTRE A DIREÇÃO DE CORTE E DIREÇÃO DE AVANÇO Forças de Usinagem Força eetiva de corte Fe: é a projeção da orça de usinagem Fu sobre a direção eetiva de corte. Força Passiva ou de proundidade (Fp): é a projeção da orça de usinagem Fu sobre a direção eetiva de corte. (não contribui para Potência) F F F (5) Substituindo Ft pelo seu valor dado na eq. temos (6) F F F + F p p u Somente nos casos de ϕ 90o (p.e., torneamento)vale a relação ( ) ap t 5

6 Forças de Usinagem Somente nos casos de ϕ 90o (p.e., torneamento)vale a relação F F F + F (7) p u ( ) c Força de compressão Fn: é a projeção da orça de usinagem Fu sobre uma direção perpendicular à superície principal de corte. * Importância do estudo do comportamento das orças passivas está relacionada a resposta elástica do material da peça e da erramenta durante o corte e isso pode implicar na diiculdade de obtenção de tolerâncias de orma e dimensão apertadas Forças de Usinagem A orça de usinagem depende de diversos Fatores: Material da peça Área da seção de corte Espessura de corte h Geometria da erramenta e ângulo de posição Estado de aiação da erramenta Material da erramenta Lubriicação Velocidade de corte 6

7 Potência de Corte Potência de Corte Pc é o produto da orça de corte com a velocidade de corte v (Figura) Para Fc e v em mm/min tem-se P c Fc v (CV- cavalo vapor) (8) Potência de avanço Pa é o produto da orça de avanço com a velocidade de avanço va (Figura) P a Fa v a (CV) (9) Potência de Corte Potência eetiva de corte Pe: é o produto da orça eetiva de corte Fe pela velocidade eetiva de corte ve (Figura). É portanto igual à soma das potências de corte e avanço Pe Pc + Pa (0) Para Fe em kg* e ve em m/min tem-se P e Fe v e () 7

8 Potência de Corte Relação entre a potência de corte e de avanço (de 8 e 9) Pc Fc v 000 () Pa Fa va Torneamento: Para operação de torneamento resulta : Pc P a Fc π d n F n a onde d diâmetro da peça, em mm avanço, em mm/volta n rotação, em r.p.m. Potência de Corte Aproximadamente tem-se no torneamento Fc 4.5 Fa e tomando-se por exemplo d 50 mm e mm/volta resulta Pc P a π 50 4,5 770 (3) Observação: Forças são calculadas em dan CV ~ 0,746 kw 8

9 Potência de Corte Fresamento: Na operação de resamento com resas cilíndricas tangenciais temos aproximadamente as relações médias Fa. Fc va 5 v Substituindo em () tem-se Pc P a , 5 (4) Potência de Corte Potência ornecida pelo motor Pc P m η (6) onde η é o rendimento da máquina operatriz, igual a 60 a 80%. No caso de haver um motor para cada movimento, o cálculo parcelado das potências ornecidas pelos motores pode ser realizado com um rendimento maior. Variação das componentes da orça de usinagem com as condições de trabalho 9

10 Taylor: CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE k s ap 0.07 para FoFo cinzento k s k s ap para FoFo branco para aço doce ASME CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE C k s onde Ca constante do material avanço n 0. para aço e 0.3 para erro undido Tabela V.3 p (aço rápido-8% W, 4% Cr, % V). Para χ 60o γ 8o e α 6o. a n 0

11 ASME CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE C k s onde Ca constante do material avanço n 0. para aço e 0.3 para erro undido Tabela V.3 p (aço rápido-8% W, 4% Cr, % V). Para χ 60o γ 8o e α 6o. a n AWF CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE k s C w onde Cw constante do material avanço Tabela V.3 para χ 45 o

12 CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE KORNENBERG k s ps C ap qs C ks G 5 s s gs G ap/ índice de esbeltez s área da seção de corte C, Cks, ps, qs, gs e s são constantes que dependem do material da peça e da erramenta Gráicos 5.7 (p.80), 5.8(p.8), 5.9 (p.8) e 5.30 (p.8) FERRARESI - ornecem os valores de Cks, F e F para aços e erros undidos CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE KORNENBERG Gráicos 5.7 (p.80), 5.8(p.8), 5.9 (p.8) e 5.30 (p.8) FERRARESI - ornecem os valores de Cks, F e F SEGUNDO AS SEGUINTES FÓRMULAS: AÇO FoFo F s ( s) gs G F 5 F (0.803) F s 5 G F s 5 F G 0.0

13 Kienzle CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE F c k s h b k s h z b A Tabela V4 apresenta os valores de k s e -z dos materiais ensaiados por Kienzle. CÁLCULO DA PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE As condições de ensaio oram as seguintes: Velocidade de corte variando de 90 a 5 m/min Espessura de corte variando de 0. a.4 mm (extrapolação permissível até h 0.05 mm e h.5 mm) Ferramenta de MD sem luido de corte Geometria da erramenta α( ο ) β( ο ) γ( ο ) λ( ο ) ε( ο ) χ( ο ) r (mm) Usinagem de aço Usinagem de erro undido Ferramenta aiada (para erramentas com desgaste, no im da vida, considerar um aumento de k s até 30%) 3

14 Forças na Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais Usando a Fórmula de Kienzle para a determinação do Momento Torsor na uração em cheio z D D z D Mt Fc ap ks b h Ks ( senχ) senχ M C t K s D 4 sen ( senχ) Ks 4 senχ z χ ( senχ) z C D D Diâmetro da Broca [mm] F avanço [mm/volta] C, x e y constantes empíricas do material da peça. x y Sistema de Forças em Broca Helicoidais Usando a Fórmula de Kienzle para a determinação do Momento Torsor na uração em cheio z D D z D Mt Fc ap ks b h Ks ( senχ) senχ M C t K s D 4 sen ( senχ) Ks 4 senχ z χ Forças na Furação ( senχ) z C D D Diâmetro da Broca [mm] F avanço [mm/volta] C, x e y constantes empíricas do material da peça. x y 4

15 Forças na Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais Formula de Kronemberg para a determinação do Momento Torsor na uração em cheio M t C D x y D Diâmetro da Broca [mm] F avanço [mm/volta] C, x e y constantes empíricas do material da peça. Forças na Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais M t C D x y Aço C x , ± 0,5, , ± 0,4, 065 4,3 ±0,9,05 055,9 ± 0,3, ,9 ± 0,6, ,8 ± 0,9,97 VM0 48,6 ±,,77 VND 6, ± 0,8,3 VS60 0,9 ± 0,8,33 y 0,86 0,76 0,83 0,77 0,77 0,77 0,7 0,78 0,70 5

16 P Porém F e V Pc cdisp c max c Forças na Furação Força máxima de corte em uração P m η M D π D n 000 F c V c 4500 t max Forças de Corte Exercícios Exemplo Numérico: Pretende-se tornear um eixo de aço ABNT 035, de diâmetro 00 mm, proundidade de usinagem ap 4 mm, avanço 0,56 mm/rev, rotação n 30 rpm. Para tanto empregou-se uma erramenta de metal duro P0 de características geométricas χ 60º, α 6º, γ 5º, λ 0 o, r 0,5 mm. Calcular a orça e a potência de corte segundo: a) ASME, b) AWF, c) Kronemberg e d) Kienzle 6

17 Exemplo Exemplo 7

18 Exemplo Exemplo 8

19 Simuladores disponíveis O uso do simulador é livre. Basta acessá-lo no site da TaeguTec ( na barra superior da página (Potência de Corte). Também está disponível o Manual do Usuário em português (no campo Novidades Manual Simulações de Potência). 9