NOTAS DE AULAS (Práticas de Oficina)

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1 Módulo: Processo de Fabricação PROCESSOS DE USINAGEM CONVENCIONAIS I. Introdução Todos os conjuntos mecânicos que nos cercam são formados por uma porção de peças: eixos, anéis, discos, rodas, engrenagens, juntas, suportes, parafusos, carcaças. Para que essas peças sirvam às necessidades para as quais foram fabricadas, elas devem ter exatidão de medidas e um determinado acabamento em sua superfície. A maioria dos livros sobre processos de fabricação diz que é possível fabricar essas peças de dois modos: sem a produção de cavacos, como nos processos metalúrgicos (fundição, laminação, trefilação, etc), e com produção de cavacos, o que caracteriza todos os processos de usinagem. Na maioria dos casos, as peças metálicas fabricadas por fundição ou forjamento necessitam de alguma operação posterior de usinagem. O que acontece é que essas peças geralmente apresentam superfícies grosseiras que precisam de melhor acabamento. Usinagem é um processo de fabricação que modifica a forma de uma peca através da remoção de material. Este material removido é normalmente chamado de cavaco", ou também, limalha" ou apara". Já segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a remoção e material sob a forma de cavaco. O estudo da usinagem é baseado na mecânica (Atrito, Deformação), na termodinâmica (Calor) e nas propriedades dos materiais. II. Classificação dos Processos de usinagem. Os processos de usinagem (convencionais ou especiais), são divididos basicamente em (dois) grandes grupos. São eles: Prof. L.C.Simei Página 1

2 1. Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida Torneamento; 1.. Fresamento; 1.3. Furação/broqueação; 1.4. Rosqueamento; 1.5. Alargamento; 1.6. Brochamento; 1.7. Serragem; 1.8. Plainamento/aplainamento; 1.9. Outros.. Usinagem com Ferramenta de Geometria Não-Definida..1. Retificação;.. Brunimento;.3. Lapidação;.4. Lixamento;.5. Polimento;.6. Jateamento;.7. Tamboreamento;.8. Outros. 3. Usinagem Não convencional Remoção Térmica (Eletroerosão, LASER); 3.. Remoção Química (Quimoerosão); Prof. L.C.Simei Página

3 3.3. Remoção Eletroquímica (Eletropolimento); 3.4. Remoção por Ultra-som; 3.5. Remoção por Jato d'água (FCW - Flow Cut Water); 3.6. Outros. III. Conceitos Básicos sobre os Processos de Usinagem. 1. Ponto de Referência (p). Nas ferramentas de barra (monocortantes), o ponto de referência e um ponto genérico da aresta cortante fixado próximo a ponta da ferramenta.. Movimentos Entre a Peca e a Aresta Cortante. P = ponto de referência Nestes movimentos a peca e considerada imóvel. São, portanto, movimentos relativos. a) Movimento de corte. É o movimento relativo entre a peca e a ferramenta, o qual, sem o movimento de avanço, origina uma única remoção de cavaco durante uma volta ou curso. b) Movimento de avanço. E o movimento relativo entre a peca e a ferramenta que, juntamente com o movimento de corte, origina a remoção continua ou repetida do cavaco durante varias revoluções ou cursos. c) Movimento efetivo de corte E o resultante dos movimentos de corte e de avanço realizados simultaneamente. 3. Movimentos Passivos. São aqueles que não tomam parte direta na formação do cavaco: a) Movimento de posicionamento. E aquele no qual a ferramenta é aproximada da peça antes da usinagem. b) Movimento de profundidade. Prof. L.C.Simei Página 3

4 É o que determina a camada de material a ser removida. c) Movimento de ajuste. E aquele que compensa o desgaste da ferramenta. 4. Direções dos movimentos. a) Direção de corte E a direção instantânea do movimento de corte. b) Direção de avanço É a direção instantânea do movimento de avanço. c) Direção efetiva de corte. É a direção instantânea do movimento efetivo de corte. 5. Percursos ou Trajetos da Ferramenta sobre a Peça. a) Percurso de corte - lc [mm] - é o espaço percorrido sobre a peca pelo ponto de referencia" da aresta cortante segundo a direção de corte. b) Percurso de avanço - la [mm] - é o espaço percorrido sobre a peca pela ferramenta" segundo a direção de avanço. c) Percurso efetivo de corte - le [mm] - é o espaço percorrido sobre a peca, pelo ponto de referência" da aresta cortante, segundo a direção efetiva de corte. No torneamento: Prof. L.C.Simei Página 4

5 No fresamento cilíndrico tangencial: No fresamento cilíndrico vertical, segue o mesmo conceito do acima, no tangencial, contudo deve-se ainda levar em consideração o movimento de avanço na profundidade. 6. Profundidade de corte (P) Trata-se da grandeza numérica que define a penetração da ferramenta para a realização de uma determinada operação, possibilitando a remoção de certa quantidade de cavaco. 7. Área de corte (S) Constitui a área calculada da secção do cavaco que será retirada, definida como o produto da profundidade de corte (P) com o avanço (A). Prof. L.C.Simei Página 5

6 IV. Grandezas dos Processos de Usinagem. Para que haja corte de um determinado material por meio de uma ferramenta, é necessário que o material ou a ferramenta se movimente um em relação ao outro. Prof. L.C.Simei Página 6

7 Relações que envolvem a qualidade de uma peça usinada. Relação das grandezas presentes no ato de usinagem de uma peça. A. Velocidade de corte. O modo para determinar ou comparar a rapidez desse movimento é a velocidade de corte, representada pelo símbolo Vc. Prof. L.C.Simei Página 7

8 Velocidade de corte é, pois, o espaço percorrido pela ferramenta ou peça em uma unidade de tempo. A Vc pode variar de acordo com: O tipo e a dureza da ferramenta; Resistência à tração do material a ser usinado; Tipo de processo de usinagem a ser adotado (convencional ou automatizado); Etapa do processo de usinagem (desbaste, acabamento). Matematicamente a velocidade de corte é representada pela fórmula: Nessa fórmula, Vc é a velocidade de corte, e é o espaço percorrido pela ferramenta e t é o tempo gasto. A velocidade de corte é, geralmente, indicada para uso nas máquinas-ferramenta e se refere à quantidade de metros dentro da unidade de tempo (minuto ou segundo): 5 m/min (vinte e cinco metros por minuto) e 40 m/s (quarenta metros por segundo), por exemplo. Em algumas máquinas-ferramenta onde o movimento de corte é rotativo, por exemplo, o torno, a fresadora e a furadeira, a peça ou a ferramenta é submetida a um movimento circular. Por isso, a velocidade de corte é representada pelo perímetro do material ou da ferramenta (p x d), multiplicado pelo número de rotações (n) por minuto em que o material ou ferramenta está girando. Matematicamente, pode-se dizer que, em uma rotação: Prof. L.C.Simei Página 8

9 Em n rotações: Nessa fórmula, p é igual a 3,14 (valor constante), d é o diâmetro da peça ou da ferramenta e n é o número de rotações por minuto. Como o número de rotações é determinado a cada minuto, a Vc pode ser representada: O diâmetro da peça é dado, geralmente, em milímetros. Assim, para obter a velocidade teórica em metros por minuto, é necessário converter a medida do diâmetro em metros: Observação: 1m = 1000 mm Nas máquinas-ferramentas onde o movimento de corte é linear, por exemplo, na plaina, brochadeira e serra alternativa a peça ou a ferramenta são submetidas a um movimento. Nessas máquinas a velocidade é variável de zero até um valor máximo, porque a peça ou a ferramenta pára nas extremidades do curso e vai aumentando a velocidade até chegar ao seu valor máximo. Prof. L.C.Simei Página 9

10 A velocidade de corte é representada pelo dobro do curso (c) percorrido pela peça ou a ferramenta multiplicado pelo número de golpes (n) realizados no espaço de tempo de um minuto. Matematicamente, isso significa que: Matematicamente, isso significa que: Em um golpe: Vc = c t Em golpes em um minuto: Vc = c 1min Em n golpes por minuto: Vc = cn O comprimento do curso é, geralmente, apresentado em milímetros. Para obter a velocidade em metros por minuto, deve-se converter a medida do curso em metros. Prof. L.C.Simei Página 10

11 Matematicamente: Observação: No cálculo da velocidade de corte para máquinas-ferramenta, como as plainas, o valor de c (curso) é determinado pela soma do comprimento da peça mais 30 mm, que é a folga necessária para a ferramenta entrar e sair da peça. Verificação das Tabelas de Velocidade de Corte (a Seguir). Para que uma ferramenta corte um material, é necessário que um se movimente em relação ao outro a uma velocidade adequada. Para que a usinagem seja realizada com máquina de movimento circular, é necessário calcular o número de rotações por minuto da peça ou da ferramenta que está realizando o trabalho. Quando se trata de plainas, o movimento é linear alternado e é necessário calcular a quantidade de golpes por minuto. Esse tipo de cálculo é constantemente solicitado ao profissional da área de mecânica. As unidades de rotações e de golpes por minuto são baseadas no Sistema Internacional (SI), expressas em 1/min ou min-1, isto é, o número de rotações ou de golpes por um minuto. As antigas abreviações r.p.m. (rotações por minuto) e g.p.m. (golpes por minuto), estão em desuso, porque não caracterizam uma unidade. Assim: 1 rpm = 1/min 1 gpm = 1/min 600 rpm = 600/min 50 gpm = 50/min Prof. L.C.Simei Página 11

12 Tabela de Valores de Vc para Torneamento. Prof. L.C.Simei Página 1

13 Tabela de Valores de Vc para Brocas em Aço Rápido. Tabela de Valores de Vc para Aplainamento. Prof. L.C.Simei Página 13

14 Cálculo do RPM (n) pela Velocidade de Corte (Vc). Para calcular o número de rotações por minuto, seja da peça no torno, seja da fresa ou da broca, usa-se um dado chamado de velocidade de corte. A velocidade de corte é o espaço que a ferramenta percorre, cortando um material, dentro de um determinado período de tempo. A velocidade de corte depende de uma série de fatores como: Tipo de material da ferramenta; Tipo de material da peça a ser usinada; Tipo de operação a ser realizada; Condições da refrigeração; Condições da máquina etc. A velocidade de corte é fornecida por tabelas baseadas em experiências práticas (dados empíricos) que compatibilizam o tipo de operação com o tipo de material da ferramenta e o tipo de material a ser usinado. Cálculo de Rotações (n) para Torneamento. Para calcular a rotação (nr) em função da velocidade de corte, usa-se a seguinte fórmula: Nesta fórmula, nr é o número de rotações; Vc é a velocidade de corte; d é o diâmetro do material e p é 3,1416 (constante). Como o diâmetro das peças é dado em milímetros e a velocidade de corte é dada em metros por minuto, é necessário converter milímetros em metros. Por isso, o fator 1000 é usado na fórmula de cálculo. Observando a fórmula, é possível perceber que os valores 1000 e 3,1416 são constantes. Dividindo-se esses valores, temos: Prof. L.C.Simei Página 14

15 A aproximação neste caso é necessária para facilitar os cálculos e se justifica porque a velocidade de corte é baseada em experiências práticas e a gama de rotações das máquinas operatrizes normalmente é fixa. Cálculo de Rotações (n) para Furação e Fresamento. Para realizar as operações de fresamento e furação, a fórmula para o cálculo do número de rotações é a mesma, devendo-se considerar em cada caso, o diâmetro da ferramenta (fresa ou broca). B. Avanço (A) O avanço, por definição, é a velocidade de deslocamento de uma ferramenta em cada volta de 360 de uma peça (avanço em mm/rotação), conforme figura a esquerda, ou por unidade de tempo (avanço em mm/minuto), conforme figura a direita: A escolha do avanço adequado deve ser feita levando-se em consideração o material, a ferramenta e a operação que será executada na usinagem. Os fabricantes de ferramentas trazem em seus catálogos os avanços adequados, já levando em consideração as variáveis acima citadas, testadas em laboratório. Ilustrativamente, apresentaremos alguns valores no Quadro, que foi confeccionada em laboratório, após vários testes realizados, e leva em consideração o grau de rugosidade em relação ao avanço e raio da ponta da ferramenta, facilitando o estabelecimento do avanço adequado nas operações de torneamento. Prof. L.C.Simei Página 15

16 C. Potência de Corte (Pc) Potência de corte é a grandeza despendida no eixo-árvore para a realização de uma determinada usinagem. É um parâmetro de corte que nos auxilia a estabelecer o quanto podemos exigir de uma máquina-ferramenta para um máximo rendimento, sem prejuízo dos componentes dessa máquina, obtendo- se assim uma perfeita usinabilidade. É diretamente proporcional à velocidade de corte (Vc) e à força de corte (Fc). D. O rendimento (η) Geralmente, em máquinas novas, tem-se um rendimento entre 70% e 80% (0,7 a 0,8). Em máquinas usadas, um rendimento entre 50% e 60% (0,5 a 0,6). O rendimento é uma grandeza que leva em consideração as perdas de potência da máquina por atrito, transmissão, entre outras. Quando se deseja obter a potência de corte (Pc) em kw (quilowatt), basta transformar a unidade (da Pc que é CV) pela relação: A fórmula apresentada, na prática, é a mais utilizada, pois sempre é fornecida a potência nominal da máquina. V. Tempo de Fabricação. O tempo de fabricação abarca desde o começo até a entrega do produto de uma tarefa que são tenha sofrido interrupção anormal em nenhuma de suas etapas. O tempo de fabricação engloba tempos de características diferentes, dentre os quais consta o tempo de usinagem propriamente dito, tecnicamente chamado tempo de corte (Tc). Prof. L.C.Simei Página 16

17 Senão, vejamos: preparar e desmontar a máquina se faz uma única vez por tarefa; já o corte se repete tantas vezes quantas forem as peças. Fixar, medir, posicionar resulta em tempo de manobra, operações necessárias, mas sem dar progresso na conformação da peça. Também podemos ter desperdícios de tempo ocasionados por quebra de ferramentas, falta de energia etc. A. Tempo de corte (Tc) Também chamado tempo principal, é aquele em que a peça se transforma tanto por conformação (tirar material) como por deformação. Nesta unidade só trataremos do cálculo do tempo de corte (Tc) em que a unidade usual e adequada é o segundo ou o minuto. Cálculo do Tempo de Corte (Tc) Inicialmente, antes de vermos o tempo de corte propriamente dito, vamos recordar como se processa o cálculo do tempo em física. O tempo (t) necessário para que um objeto realize um movimento é o quociente de uma distância S (comprimento) por uma velocidade V. Se pensarmos no nosso trabalho, especificamente, o tempo para que a ferramenta execute um movimento está representando na equação. VI. Velocidade Econômica de Corte É a velocidade tal que o custo de fabricação seja mínimo. Para determiná-la e necessário calcular os custos de produção. Para cada peca fabricada tem-se o seguinte custo: Onde: Cp é o custo de produção ou custo total de fabricação. Cc é o custo que independe da velocidade de usinagem, e e proporcional ao numero de pecas fabricadas. Inclui o custo da matéria-prima, energia elétrica, manutenção, controle de qualidade etc. Cuf é o custo das ferramentas por peca fabricada. Cum é o custo da maquina, onde se leva em consideração a depreciação da maquina e de seus acessórios ao longo do tempo, ou se for o caso, o aluguel do equipamento etc. Cus é o custo da mão-de-obra, onde são considerados os gastos com salários, indenizações, férias, gratificações, 1 salário, etc. Prof. L.C.Simei Página 17