Processos Mecânicos de Fabricação. Conceitos introdutórios sobre usinagem dos metais

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1 UDESC Universidade do Estado de Santa Catarina FEJ Faculdade de Engenharia de Joinville Processos Mecânicos de Fabricação Conceitos introdutórios sobre usinagem dos metais DEPS Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas

2 O Processo de Usinagem No processo de Usinagem uma quantidade de material é removido com auxílio de uma ferramenta de corte produzindo o cavaco, obtendo-se assim uma peça com formas e dimensões desejadas. De um modo geral, as principais operações de usinagem podem ser classificadas em: Torneamento Aplainamento Fresamento Furação Brochamento Retificação

3 Visão sistêmica de um processo de usinagem Aplicação tarefa tipo de peça (geometria para fixação) superfície: material em bruto superfície: resultado desejado (superfície = geometria + acabamento) tipo de operação objetivo (desbaste, acabamento) fenômeno físico (grandezas, movimentos, calor,...) Dispositivo fixação Operador fenômeno físico / mecanismo Parâmetros do processo fixa / verifica a peça / ferramenta / dispositivos, aciona / programa / ajusta a máquina Dispositivo medição Ferramenta material geometria acabamento Dispositivo fixação Máquina tipos / partes movimentos acionamentos potência

4 Usinagem dos metais Geometria da cunha cortante Movimentos e grandezas (parâmetros) Mecanismo de formação de cavaco Forças e potência de corte Materiais para ferramentas Avarias e desgastes da ferramenta Desgaste e vida da ferramenta Análise das condições econômicas Usinabilidade dos metais Fluídos de corte

5 Geometria da cunha cortante Cunha de corte Superfícies de saída, principal e secundária de folga Arestas principal e secundária de corte Ponta de corte (raio) Sistemas de referência Ângulos de folga ou incidência, de cunha, de saída ou de ataque, de posicionamento

6 Elementos da Ferramenta (Superfície da Ferramenta) FACE : Superfície da cunha sobre a qual o cavaco escoa. FACE REDUZIDA : É uma superfície que separa a face em duas regiões - face e face reduzida - de modo que o cavaco entre em contato somente com a face reduzida. FLANCO : Superfície da cunha voltada para a peça. FLANCO PRINCIPAL: Superfície da cunha voltada para a superfície transitória da peça. FLANCO SECUNDÁRIO: Superfície da cunha voltada para a superfície usinada da peça. QUEBRA CAVACO : São alterações presentes na face reduzida com o objetivo de controlar o tamanho do cavaco de modo que não ofereça risco ao operador e não obstrua o local de trabalho.

7 Elementos da Ferramenta (Superfície da Ferramenta) Fonte: CIMM

8 Elementos da Ferramenta (Gumes e Quina) Usados como referência para medir os ângulos da ferramenta GUME: É o encontro da face com o flanco, destinada a operação de corte. GUME PRINCIPAL: Interseção da face e do flanco principal. GUME SECUNDÁRIO: Interseção da face e do flanco secundário. GUME ATIVO: É a parte do gume que realmente está cortando. GUME PRINCIPAL ATIVO: É a parte do gume principal que realmente está cortando. GUME SECUNDÁRIO ATIVO: É a parte do gume secundário que realmente está cortando. QUINA: É o encontro do gume principal com o gume secundário.

9 Elementos da Ferramenta (Gumes e Quina) Fonte: CIMM

10 Sistema de Referência e Planos Fonte: CIMM

11 Ângulos da Ferramenta Ângulos medidos no Plano de Referência Ângulos medidos no Plano do Gume Ângulos medidos no Plano Passivo Ângulos medidos no Plano de Trabalho Ângulos medidos no Plano Ortogonal Ângulos medidos no Plano Normal

12 Ângulos medidos no Plano de Trabalho Fonte: CIMM

13 Ângulos da ferramenta Direção corte Direção avanço Ângulo de saída Cunha de corte Ângulo de cunha Ângulo de folga ou de incidência

14 Ângulo de saída (corte)

15 Fatores que determinam a rugosidade R max = f 8 2 r e

16 Usinagem dos metais Geometria da cunha cortante Movimentos e grandezas (parâmetros) Mecanismo de formação de cavaco Forças e potência de corte Materiais para ferramentas Avarias e desgastes da ferramenta Desgaste e vida da ferramenta Análise das condições econômicas Usinabilidade dos metais Fluídos de corte

17 Movimentos e grandezas (parâmetros) Rotação (n) Avanço (f) Profundidade de corte (a p ) Velocidade de corte (Vc) Velocidade de avanço (Vf) Tempo de corte Outros: área de corte, espessura de corte (cavaco)

18 Movimento de Corte MOVIMENTO DE CORTE : É o movimento relativo entre a peça e a ferramenta que força o material da peça a escoar sobre a face da ferramenta, proporcionando a formação de cavaco. MOVIMENTO RESULTANTE DE CORTE : É o movimento resultante dos movimentos de corte e de avanço. MOVIMENTO DE AVANÇO : É o movimento relativo entre a peça e a ferramenta o qual, combinado ao movimento de corte, proporciona uma remoção contínua do cavaco e conseqüente formação de uma superfície usinada.

19 Movimento de Corte Fonte: CIMM

20 Cálculo da velocidade de corte

21 Velocidade diferente para diâmetros diferentes

22 Usinagem dos metais Geometria da cunha cortante Movimentos e grandezas (parâmetros) Mecanismo de formação de cavaco Forças e potência de corte Materiais para ferramentas Avarias e desgastes da ferramenta Desgaste e vida da ferramenta Análise das condições econômicas Usinabilidade dos metais Fluídos de corte

23 Cavaco Cavaco é o material removido durante o processo de usinagem

24 Mecanismo de formação de cavaco Fases: pequena porção recalcada na superfície de saída aumento deformação plástica até deslizamento ruptura (cisalhamento) no plano de cisalhamento escorregamento Interface cavaco-ferramenta Tipos de cavaco (aresta postiça de corte) contínuo (lamelas), cisalhamento (lamelas distintas) e ruptura (fragmentos) Formas de cavaco: fita, helicoidal, espiral, lascas Quebra-cavaco Temperaturas

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27 Usinagem dos metais Geometria da cunha cortante Movimentos e grandezas (parâmetros) Mecanismo de formação de cavaco Forças e potência de corte Materiais para ferramentas Avarias e desgastes da ferramenta Desgaste e vida da ferramenta Análise das condições econômicas Usinabilidade dos metais Fluídos de corte

28 Materiais para ferramenta Fatores para seleção material a ser usinado (dureza, cavaco); processo; condição da máquina; forma e dimensões da ferramenta; custo do material da ferramenta e condições de usinagem Materiais Aço rápido, metal duro, cerâmica, diamante, nitreto cúbico de boro (CBN) Coberturas Reduz atrito, resistência ao desgaste, maior dureza, quimicamente inerte

29 Quadro Comparativo de Propriedades

30 Evolução das Velocidades de Corte

31 Visão sistêmica de um processo de usinagem Aplicação tarefa tipo de peça (geometria para fixação) superfície: material em bruto superfície: resultado desejado (superfície = geometria + acabamento) tipo de operação objetivo (desbaste, acabamento) fenômeno físico (grandezas, movimentos, calor,...) Dispositivo fixação Operador fenômeno físico / mecanismo Parâmetros do processo fixa / verifica a peça / ferramenta / dispositivos, aciona / programa / ajusta a máquina Dispositivo medição Ferramenta material geometria acabamento Dispositivo fixação Máquina tipos / partes movimentos acionamentos potência

32 Classes de metal duro Aplicação Aços Exemplo P10 Dureza (HV) = 1800 Resistência à ruptura transversal (Kgf/mm2) = 75 P Aços inoxidáveis M Tenacidade Resistência ao desgaste Ferro fundido K Exemplo K40 Dureza (HV) = 1300 Resistência à ruptura transversal (Kgf/mm2) = 210

33 Usinagem dos metais Movimentos e grandezas (parâmetros) Geometria da cunha cortante Mecanismo de formação de cavaco Forças e potência de corte Materiais para ferramentas Avarias e desgastes da ferramenta Desgaste e vida da ferramenta Análise das condições econômicas Usinabilidade dos metais Fluídos de corte

34 Desgaste e vida da ferramenta Percurso de corte [Km] L c = v c.t 1000 Percurso de avanço [mm] L = f. n. T f T: vida Para atingir critério de fim de vida Fatores de influência Condições de usinagem (parâmetros) Geometria da ferramenta

35 Análise das condições econômicas Ciclo de usinagem 1. Colocação e fixação da peça 2. Aproximação e posicionamento 3. Corte 4. Afastamento da ferramenta 5. Inspeção e retirada Condições econômicas Tempo total de usinagem Velocidade de máxima produção Custos de produção

36 Usinagem dos metais Movimentos e grandezas (parâmetros) Geometria da cunha cortante Mecanismo de formação de cavaco Forças e potência de corte Materiais para ferramentas Avarias e desgastes da ferramenta Desgaste e vida da ferramenta Análise das condições econômicas Usinabilidade dos metais Fluídos de corte

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