Teoria e Prática da Usinagem

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1 Teoria e Prática da Usinagem Aula 10 Seleção de Ferramentas e Torneamento Profa. Janaina Fracaro

2 Formação do cavaco O ângulo de posição e o raio de ponta da ferramenta afetam a formação do cavaco na medida em que a seção transversal do cavaco se modifica. A espessura do cavaco é reduzida e a largura é aumentada com ângulos menores. Dependendo da profundidade de corte (D O C = ap), o formato e a direção dos cavacos também varia com o raio de ponta da aresta. /2

3 Formação do cavaco Quando a profundidade de corte for menor em relação ao raio de ponta, o raio de ponta gerará cavacos em espiral. /3

4 Formação do cavaco Há diferentes maneiras de se fazer o cavaco quebrar: A B C Peça Pastilha Quebra Automática Ex. Torneamento de FoFo Peça Pastilha Quebra contra a ferramenta Peça Pastilha Quebra contra a peça O tipo de quebra depende em parte da geometria da pastilha e dos dados de corte /4

5 Definições de torneamento n = Velocidade do fuso (rpm) v c n v c = Velocidade de corte (m/min.) a p É a velocidade pela qual a periferia do diâmetro de corte passa a aresta de corte Só é constante enquanto a velocidade do fuso e o diâmetro permanecerem o mesmo. f n /5

6 Definições de torneamento P c = potência e eficiência η (kw) São valores específicos de uma máquina-ferramenta em que a potência útil pode ser calculada para garantir que a máquina possa trabalhar com a ferramenta em questão. Se a potência for nominal e a máquina for nova, considere uma perda de 15%. Se a potência for a efetiva então considere a fornecida. P ( kw ) P c c a p. f n. V c k c a p ( mm). f n ( mm). V c ( m / min). k c ( N / 2 mm ) /6

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8 Definições de torneamento f n = Avanço (mm/rot.) É o movimento da ferramenta em relação a peça que gira. Esse é um valor importante na determinação da qualidade da superfície que está sendo usinada e para garantir que a formação dos cavacos está dentro do alcance da geometria da ferramenta. f n v c n a p /8

9 Definições de torneamento f n = Avanço (mm/rot.) v c n a p f n Área de trabalho de uma geometria de pastilha definida por uma ação quebra-cavacos aceitável para o fn e ap /9

10 Efeitos da faixa de avanço (f n ) Baixo avanço Formação de cavacos em fitas. Não econômico, reduz velocidade. Melhor qualidade superficial Alto avanço Perda de controle dos cavacos. Acabamento superficial insatisfatório. Deformação plástica. Alto consumo de potência. Solda dos cavacos. Martelamento dos cavacos. Peça Pastilha /10

11 Definições de torneamento a p = Profundidade de corte (mm) v c n É a diferença entre a superfície sem usinagem e a usinada. a p k r = ângulo de posição (graus) É a abordagem da aresta de corte em relação a peça. f n /11

12 Definições de torneamento k r = ângulo de posição (graus) É o ângulo entre a aresta de corte e a direção do avanço. Além de influenciar a formação de cavacos, afeta fatores como a direção de forças envolvidas e o comprimento da aresta de corte que está em contato com o material. /12

13 Definições de torneamento k r = ângulo de posição (graus) O ângulo de posição pode ser selecionado em função da acessibilidade e para permitir que a ferramenta usine em diversas direções de avanço. Conferindo versatilidade e diminuindo o número de ferramentas /13

14 Definições de torneamento D c = Diâmetro da peça (milímetro) v c n a p f n /14

15 Cálculo dos dados de corte Comprimento da Circunferência (C) D2 = 100 mm D1 = 50 mm C = x diâmetro = = 3.14 (aprox. = 3) D mm Diâmetro = 300 mm (3 x 100) D 1 50 mm Diâmetro = 150 mm (3 x 50) /15

16 Cálculo dos dados de corte RPM (n) da Velocidade de Corte (v c ) Fornecida v c = 400 m/min D c = 100 mm n = n = v c x 1000 x Dc 400 x x 100 = 1275 rot/min /16

17 Geometria da ferramenta Geometria da pastilha Há uma distinção na geometria da aresta de corte, entre geometria positiva e negativa. Negativo Positivo Uma pastilha negativa possui ângulo de cunha de 90 graus; Uma pastilha positiva possui ângulo de cunha menor que 90 graus; /17

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19 Geometria da ferramenta Geometria da pastilha A pastilha negativa precisa ser inclinada negativamente no porta- ferramenta, de forma a prover um ângulo de folga tangencial à peça, enquanto que a pastilha positiva possui sua própria folga incorporada. Geometrias positivas geram menos forças de corte. /19

20 Formato e raio de ponta da pastilha Formato Olhando para a ferramenta de cima, a pastilha possui formato básico e um raio nos cantos Formatos: redondo, com ângulo de ponta, quadrado, triângular. /20

21 Formato da pastilha Formato de pastilha grande Aresta de corte mais robusta. Faixas de avanço mais altas. Aumento das forças de corte. Aumento das vibrações. Formato de pastilha pequena Aumento da acessibiliadade. Diminuição da vibração. Diminuição das forças de corte. Aresta de corte mais fraca. /21

22 Formato e raio de ponta da pastilha Raio de ponta O raio de ponta (r e ) é um fator importante em muitas operações de torneamento e precisa ser levado em consideração, já que a escolha certa afeta a robustez da aresta de corte e o acabamento superficial da peça. Menor: re = 0 ~ 0,2 mm Maior: re= 2,4 mm /22

23 Efeito do raio de ponta r e = 0.2 r e = 0.8 r e = 1.6 No torneamento por desbaste, por ser escolhido o maior raio de ponta possível para permitir maior robustez, sem causar aumento nas tendências de vibrações. Um maior raio de ponta permite uma aresta mais robusta, capaz de suportar altos avanços. Um menor raio de ponta significa uma ponta mais fraca, porém capaz de cortes para maiores exigências. /23

24 Efeito do raio de ponta r e = 0.2 r e = 0.8 r e = 1.6 Raio de ponta pequeno Ideal para profundidade de corte pequena. Redução de vibrações. Quebra da pastilha. Raio de ponta grande Faixas de avanço pesado. Profundidades do corte grandes. Grande segurança da aresta. Aumento das pressões radiais. /24

25 Efeito do raio de ponta r e = 0.2 r e = 0.8 r e = 1.6 A faixa de ângulos de ponta apresenta propriedades que vão: -da mais alta robustez, passando por operações de desbaste, - até ângulos de ponta pontiagudos que tenham maior acessibilidade para perfilamento, cópias, etc. /25

26 Formato e raio de ponta da pastilha Robustez de aresta e acessibilidade de uma pastilha de canto a 90 graus e uma pastilha a 35 graus. Comparação do ângulo de ponta (e), comprimento da aresta de corte (I), comprimento efetivo da aresta de corte (I a ), ângulo de posição apropriado (k r ) e profundidade de corte (a p ) /26

27 Como os parâmetros de corte afetam a vida útil da ferramenta? Utilize o potencial de a p f n V c - para reduzir o número de cortes - para melhorar o tempo de corte - para melhor a vida útil da ferramenta /27

28 Como os parâmetros dos dados de corte afetam a vida útil da ferramenta? a p f n v c Vida Vida Vida O principal objetivo na seleção da Vc deve ser a obtenção de uma vida econômica da ferramenta, principalmente porque esta tem maior influência nos desgastes da ferramenta que o fn e o ap /28

29 Efeitos da velocidade de corte (v c ) O fator isolado mais determinante da vida útil da ferramenta Muito baixa Aresta postiça. Microlascas na aresta. Muito alta Desgaste rápido de flanco. Acabamento insatisfatório. Processo rápido de formação de crateras. Deformação plástica. /29

30 Efeitos da profundidade de corte (a p ) Muito pequena Calor excessivo. Não econômico baixa taxa de remoção de material Muito profunda Alto consumo de potência. Quebra da pastilha. Aumento das forças de corte. /30

31 Acabamento superficial R max f 2 n r e f n Em uma operação de torneamento, o acabamento superficial é uma função do raio de ponta e do avanço por rotação. Um avanço grande gerará tempos de corte menores, mas acabamento superficial menor. /31

32 Exigências da ferramenta Fixação Contato máximo entre a ferramenta e o porta-ferramenta (desenho, tolerância dimensional) Comprimento de fixação 3 a 4 vezes o diâmetro da barra (para equilibrar as forças de corte) Estabilidade do suporte /32

33 Exercício - Torneamento CONSIDERE A SEGUINTE APLICACÃO: - Torneamento externo - Material da Peça: eixo em aço de baixa liga - Dimensões: diâm. = 55,4 mm e comp. 90 mm - Condições médias de usinagem - Potência da Máquina: 18kW Peça final 50 mm 30 mm CARACTERÍSTICAS PASTILHA 1 PASTILHA 2 comprimento de aresta de 12 8 corte raio de quina 0,8 0,8 arestas de corte 4 6 Formato da pastilha b = 80 e Kr = 95 b = 80 e Kr = 95 Material Aço 2000 Aço Inoxidável 2500 Ferro Fundido 1100 Força Específica de corte (N/mm 2 ) ap recomendado 5(0,7 7,5)mm 4(0,7 5)mm fn recomendado 0,4(0,2 0,5)mm/r 0,35(0,2 0,5)mm/r Vc recomendada 305m/min 325m/min /33

34 Exercício - Torneamento 1. Qual pastilha devo selecionar para o processo? Justifique. 2. Qual deve ser a classe da pastilha selecionada? 3. Quais parâmetros de corte serão utilizados (V c, f n, a p )? 4. Qual é a rugosidade esperada? v c n P ( kw ) c a p ( mm). f n ( mm). V c ( m / min). k c ( N / 2 mm ) a p t c l V m f R max f 2 n r e f n /34

35 Exercício - Torneamento 50 mm 12,7 mm Verificação por meio da potência: 55 mm 30 mm Pastilha1: 2 passes e fn=0,4 (6.35).(0.4).(305).(2000) P c 1 24kW Pastilha1: 2 passes e fn=0,2 (6.35).(0.2).(305).(2000) P c 1 12kW Acima do limite da máquina 90 mm Para m 42.7mm n 2244rpm Pastilha2: 3 passes e fn=0,35 (4.23).(0.35).(325).(2000) P c 2 16kW /35

36 Exercício - Torneamento 50 mm 12,7 mm Verificação por meio do tempo de corte: Para m 42.7mm e Vc 305m / min n 2244 rpm Vf fn. n 30 mm l tc V m f 100 (0.2).(2244) t c min /36

37 Exercício - Torneamento 50 mm 12,7 mm Verificação por meio do tempo de corte: Para m 42.7mm e Vc 325m / min n 2423rpm Vf fn. n l tc V m f 150 (0.35).(2423) t c min 30 mm /37

38 Exercício - Torneamento 50 mm Conclusão: 30 mm A pastilha 2 oferece mais arestas (6), usina num menor tempo (0.147min) e dentro das limitações da máquina (16kW) A pastilha selecionada deve pertencer a classe P, que é própria para aços. Os parâmetros utilizados são: Vc= 325m/min fn=0.35mm/r ap=4.23 mm /38

39 Exercício - Torneamento 50 mm 12,7 mm Cálculo da rugosidade: 30 mm 2 2 fn , Rmax 19 m 8. r 8.0,8 e /39

40 Exercíco: Economia de Usinagem Quanto pode custar o disperdício de uma aresta de corte? Situações comuns no chão-defábrica que podem levar a perder uma aresta: CARACTERÍSTICAS PASTILHA 2 comprimento de aresta de 8 corte raio de quina 0,8 arestas de corte 6 Formato da pastilha b = 80 e Kr = 95 ap recomendado 4(0,7 5)mm fn recomendado 0,35(0,2 0,5)mm/r Vc recomendada 325m/min Ponta escura Preço R$ 30,00 Saiu faísca Mal armazenamento Troca de turno Time perdeu /40

41 Economia de Usinagem Quanto pode custar o disperdício de uma aresta de corte? CARACTERÍSTICAS PASTILHA 2 comprimento de aresta de 8 corte raio de quina 0,8 arestas de corte 6 6 arestas = R$ 30,00 1 aresta = R$ 5,00 Consumo anual = pastilhas Formato da pastilha b = 80 e Kr = 95 ap recomendado 4(0,7 5)mm fn recomendado 0,35(0,2 0,5)mm/r Vc recomendada 325m/min Preço R$ 30,00 Portanto: 1 aresta jogada no lixo significa um desperdício de R$ por ano /41