PROCESSOS DE USINAGEM I

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1 PROCESSOS DE USINAGEM I Prof. Arthur Bortolin Beskow AULA 01 1

2 EMENTA DA DISCIPLINA Introdução aos processos de usinagem com ferramentas de geometria definida. Caracterização das máquinas-ferramenta e das ferramentas de corte. Avaliação dos parâmetros de entrada e saída do processo. Otimização. Estudo das condições econômicas. 2 OBJETIVOS DA DISCIPLINA GERAL: Proporcionar ao aluno conhecimentos sobre os fundamentos da usinagem dos metais com ferramentas de geometria definida, suas características e aplicações. ESPECÍFICOS: a) Classificar os processos de fabricação e mostrar nesta a importância da usinagem. b) Fornecer maior embasamento dos processos mais usualmente aplicados: torneamento, furação e fresamento.

3 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 3 1. INTRODUÇÃO À TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS 2. GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE 3. FORMAÇÃO DE CAVACOS 4. FORÇA E POTÊNCIA DE USINAGEM 5. TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM 6. FLUIDOS DE CORTE 7. MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE 8. AVARIAS, DESGASTES E MECANISMOS DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS DE CORTE 9. INTEGRIDADE SUPERFICIAL 10. CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE CORTE 11. PROCESSOS DE GERAÇÃO DE PERFIS: Mandrilamento, Aplainamento, Brochamento, Serragem, Usinagem de engrenagens.

4 4 METODOLOGIA DE ENSINO Aulas expositivas verbais. Aulas com recurso áudio-visual (retro-projetor, canhão, vídeo). Aulas práticas em laboratório. Visitas técnicas a empresas. ATIVIDADES DISCENTES Resolução de exercícios. Trabalho prático. Pesquisa bibliográfica. PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO Serão feitas duas avaliações em forma de prova teórica. Também será solicitado um trabalho em grupos de 4 alunos a ser entregue e apresentado no final do semestre. A média do aluno será obtida a partir da média aritmética de três notas, notas das duas provas mais a nota do trabalho, como segue: Nota = P1 + P2 + T 3

5 A média final mínima para aprovação será 5,0. Para que o aluno não fique em exame, o mesmo deve tirar nota igual ou superior a 7,0. O aluno que tiver nota no intervalo de 5,0 a 6,9 terá direito a fazer o exame. O aluno que tiver nota inferior a 5,0 está automaticamente reprovado. Para que o aluno seja aprovado no exame, o mesmo deve ter a media aritmética da Nota (1) mais Nota_Exame igual ou superior a 5,0, como segue: Nota _ Final = Nota + Nota 2 _ Exame 5,0 FREQÜÊNCIA: Freqüência às aulas é obrigatória, exceto em casos de doença ou circunstâncias especiais (ver manual acadêmico). Alunos com excesso de faltas (acima de 25 % do total de aulas) serão reprovados. 5

6 CONSULTA: Os horários de consulta serão decididos na primeira semana de aula em concordância com as disponibilidades dos alunos e do professor. Consultas fora dos horários estabelecidos deverão ser solicitadas pelo aluno ao professor (por correioeletrônico ou telefone) com alguma antecedência. PARTICIPAÇÃO: O bom andamento do curso depende fortemente da participação dos alunos nas aulas, que serão sempre encorajados a apresentar perguntas, questionamentos e comentários ao professor. Os alunos também deverão observar o horário de início das aulas, não sendo permitidos atrasos acima de certa tolerância. 6

7 7 BIBLIOGRAFIA BÁSICA 1 - MACHADO, Álisson Rocha; COELHO, Reginaldo Teixeira; Teoria da Usinagem dos Materiais; Editora Blucher, FERRARESI, Dino. Usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher, STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de Corte I. 6.ed. Florianópolis: Editora da UFSC, STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de Corte II. 3.ed. Florianópolis: Editora da UFSC, BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 1-CHILDS, T. Metal Machining Theory and Applications. London: Butterworth Heinemann, TRENT, Edward M.; WRIGHT, Paul K. Metal Cutting. 4.ed. Boston: Butterworth - Heinemann, GONÇALVES, Antonio Carlos A. Guia prático para o recebimento de tornos convencionais e a comando numérico. São Paulo: Edgard Blücher, ASM INTERNATIONAL. Handbook Committee - Machining. ASM Handbook. 9.ed. United States Of America: ASM International, 1999.

8 Aula 01) 02) 03) 04) 05) 06) 07) 08) 09) 10) 11) PROCESSOS DE Engenharia USINAGEM Industrial MecânicaI Data 23/02/11 02/03/11 09/03/11 16/03/11 23/03/11 30/03/11 06/04/11 13/04/11 20/04/11 27/04/11 04/05/11 FORMAÇÃO DE CAVACOS Aula no Laboratório FORÇA E POTÊNCIA DE USINAGEM Prova 1 PROCESSOS DE USINAGEM I - Código: Aula no Laboratório Aula no Laboratório Aula no Laboratório MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE Aula no Laboratório Cronograma de Aulas GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE Atividade INTRODUÇÃO À TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS E APRESENTAÇÃO DO LABORATÓRIO 12) 13) 14) 15) 11/05/11 18/05/11 25/05/11 01/06/11 AVARIAS, DESGASTES E MECANISMOS DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS DE CORTE FURAÇÃO E FRESAMENTO TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM E FLUIDOS DE CORTE INTEGRIDADE SUPERFICIAL, CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE CORTE 16) 17) 08/06/11 15/06/11 18) 22/06/11 Prova ) Exame Apresentação dos Trabalhos Apresentação dos Trabalhos

9 EVOLUÇÃO HISTÓRICA A.C. - Surgem os primeiros tornos - Idade do Bronze metais predominantes Cu, Zn, Sn; 700 A.C. - processamento do ferro; SÉC. XIV - Desenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa; Furadeira a arco egípcia 1500 A. C. SÉC. XVI - Torneamento ornamental - Jaccques Benson. 9

10 EVOLUÇÃO HISTÓRICA SÉC. XVII Melhoria nos processos de fabricação de ferro e aço; SÉC. XVIII - Primeiras obras conhecidas sobre torneamento Jacques Plumier - L ART DE TORNEURS. 10 Torno a arco 1565

11 EVOLUÇÃO HISTÓRICA 11

12 HISTÓRICO 12 Até a revolução industrial em meados do século XVIII o principal material utilizado na construção mecânica era a madeira, sendo facilmente trabalhada com ferramentas de aço carbono. Porém durante a revolução industrial, com a criação das máquinas a vapor, surgiu a necessidade de trabalhar materiais mais resistentes como o latão, bronze e os ferros fundidos, desse modo, impulsionado o desenvolvimento de materiais para ferramentas e de máquinas operatrizes. A primeira máquina significativa foi construída em 1774 e tratava de uma mandriladora para mandrilar cilindros de máquinas a vapor. Em 1797 foi desenvolvido o primeiro torno com avanço automático e logo em seguida surgiu a plaina limadora. Em 1860 foi criada a retificadora. Em 1862 foi criada a primeira fresadora universal.

13 HISTÓRICO 13

14 HISTÓRICO Já no século XX surtiram produtos feitos de materiais mais duráveis e, consequentemente, mais difíceis de serem usinados. O advento das ferramentas de aço rápido, e mais tarde de carboneto de tungstênio, assim como do aperfeiçoamento das máquinas ferramentas, permitiram a usinagem de aços mais duros e outros materiais metálicos com alta produtividade. O desenvolvimento das máquinas automáticas e de máquinas com comando numérico tiveram papel fundamental no avanço da produtividade. A partir da década de 1940 os processos não convencionais de usinagem passaram a ganhar importância pela capacidade de produzir peças de geometria complexa em materiais de difícil usinabilidade, garantindo elevada qualidade. 14

15 15 Exemplo: Para produzir um Clipe. Primeiro ele deve ser projetado para atender ao seu requisito funcional: manter junto várias folhas de papel. Para tanto, deve exercer força suficiente a fim de evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Geralmente, é feito de arame de aço. O comprimento do arame necessário para a sua fabricação é cortado e então dobrado bárias vezes, para dar forma final ao produto. Por sua vez, o arame é feito por um processo de trefilação a frio, no qual a seção transversal de uma barra é reduzida ao passar por uma matriz (ou fieira), a qual também confere algumas propriedades mecânicas ao material, como resistência mecânica e dureza. A barra, por sua vez, é obtida por processos de trefilação e extrusão de um lingote fundido. Portanto, a fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de material adequado e de um método de fabricação para atender aos requisitos de funcionalidade do produto.

16 SELEÇÃO DOS PROCESSOS Na seleção dos processos os seguintes itens devem ser considerados: Tipo de material e suas propriedades; Propriedades finais desejadas; Tamanho, forma e complexidade do componente; Tolerância e acabamento superficial exigidos; Processo subseqüente envolvido; Projeto e custos de ferramental; efeito do material na vida da ferramenta ou matriz; Disponibilidade do equipamento e experiência operacionais; Lead time necessário para iniciar a produção; Número de partes requeridas e taxa de produção desejada; Custo total do processamento. 16 E ainda, a quantidade de peças que devem ser produzidas.

17 SELEÇÃO DOS PROCESSOS O engenheiro responsável deve ter, portanto, amplos conhecimentos dos processos e dos materiais envolvidos. É evidente que a fabricação de um produto, seja ele um clipe, uma lâmpada, uma calculadora ou um automóvel, além de conhecimento de projeto, materiais e processos, requer também grande interação entre os diversos departamentos da empresa. Quanto mais complexo o produto, maior a necessidade de comunicação entre eles. 17

18 DEFINIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Uma definição clássica dos processos de usinagem é: Processo de fabricação com remoção de cavaco. De forma mais abrangente podemos dizer que usinagem é uma operação que ao conferir à peça forma, dimensões e acabamento, produz cavaco. Por cavaco entende-se: porção de material da peça retirada pela ferramenta e caracterizada por apresentar forma geométrica irregular. 18

19 EXEMPLO 19

20 EXEMPLO A maior parte de todos os produtos industrializados em alguma de suas etapas de produção sofre algum processo de usinagem. 20

21 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO As operações de trabalho com metais podem ser divididas em dois grupos: Processos de usinagem. Visa a obtenção de peças com a remoção de material da peça (remoção de cavaco) Processos de conformação: Visa a obtenção de peças através da deformação plástica do material. 21

22 22 PROCESSOS DE USINAGEM I

23 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 1 Torneamento 2 Aplainamento 3 Furação 4 Alargamento 5 Rebaixamento 6 Mandrilamento 7 Fresamento 8 Serramento 9 Brochamento 10 Roscamento 11 Limagem 12 Rasqueteamento 13 Tamboramento 14 Retificação 15 Brunimento 16 Superacabamento 17 Lapidação 18 Espelhamento 19 Polimento 20 Lixamento 21 Jateamento 22 Afiação 23 Denteamento 23

24 Vídeos Cosmo Center 9 eixos - 1 Cosmo Center 9 eixos - 2 Centro de usinagem com 5 eixos - 1 Centro de usinagem com 5 eixos 2 Centro de usinagem com 5 eixos 3 Centro de usinagem 1 Centro de usinagem 2 Centro de usinagem 3 Centro de torneamento 1 Centro de torneamento 2 Centro de torneamento 3 Ferramentas de corte 24

25 Torneamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente seguindo uma trajetória coplanar com o referido eixo. Vídeo Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4; Animação 5; Animação 6; Animação 7; Animação 8; Animação 9; Animação 10 25

26 Torneamento 26

27 TORNEAMENTO CILÍNDRICO Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser interno ou externo (figura 1.1). 27

28 TORNEAMENTO CILÍNDRICO Quando o torneamento cilíndrico visa obter na peça um detalhe circular, na face perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina, o torneamento é denominado sangramento axial (figura 1.2) e quando visa obter um canal ou secionar a peça radialmente, o torneamento é denominado sangramento radial. 28

29 TORNEAMENTO CÔNICO Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, inclinada em relação ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser externo ou interno (figura 1.3). 29

30 TORNEAMENTO RADIAL Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular ao eixo de rotação da maquina. Quando o torneamento radial visa a obtenção de uma superfície plana, o torneamento é denominado torneamento de faceamento. PERFILAMENTO Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial ou axial (figura 1.5), visa a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta. 30

31 TORNEAMENTO COM FERRAMENTAS ESPECIAIS VÍDEOS 31

32 Aplainamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical. Quanto a finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de acabamento. Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4; Animação 5; Animação 6; Animação 7; Animação 8. 32

33 Aplainamento 33

34 34 PROCESSOS DE USINAGEM I

35 35 PROCESSOS DE USINAGEM I

36 36 Furação Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxilio de uma ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. Vídeo Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4; Animação 5 Animação 6; Animação 7; Animação 8; Animação 9

37 Furação 37

38 FURAÇÃO EM CHEIO Processo de furação destinado á abertura de um furo cilíndrico numa peça, removendo todo o material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco. No caso de furos de grande profundidade há necessidade de ferramenta especial. FURAÇÃO ESCALONADA Processo de furação destinado á obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros, simultaneamente. FURAÇÃO DE CENTROS Processo de furação destinado à obtenção de furos de centro, visando uma operação posterior na peça. TREPANAÇÃO Processo de furação em que apenas uma parte do material compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço. 38

39 ESCAREAMENTO Processo de furação destinado á abertura de um furo cilíndrico numa peça pré-furada. TREPANAÇÃO Processo de furação em que apenas uma parte do material compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço. 39

40 ALARGAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, com auxílio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. Animação 1 Animação 2 Animação 3 Animação 4 40

41 REBAIXAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de um furo. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. 41

42 Mandrilamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias ferramentas de barra. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou ferramenta se deslocam simultaneamente segundo uma trajetória determinada. Animação 1 Animação 2 Animação 3 Animação 4 42

43 Mandrilamento 43

44 MANDRILAMENTO CILÍNDRICO Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cilíndrica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. MANDRILAMENTO RADIAL Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é plana e perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta. 44

45 MANDRILAMENTO CÔNICO Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. 45

46 MANDRILAMENTO CÔNICO Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. MANDRILAMENTO DE SUPERFÍCIES ESPECIAIS Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é uma superfície de revolução, diferente das anteriores, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. Exemplos: mandrilamento esférico, mandrilamento de sangramento, etc. 46

47 Fresamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou ferramenta se desloca segundo uma trajetória qualquer. Vídeo Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4 Animação 5; Animação 6; Animação 7; Animação 8 Animação 9 47

48 Fresamento 48

49 FRESAMENTO CILÍNDRICO TANGENCIAL Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana paralela ao eixo de rotação da ferramenta. Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de rotação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça, será considerado um processo especial de fresamento tangencial. 49

50 FRESAMENTO FRONTAL Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta. Há casos em que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo haver ou não predominância de um sobre o outro. 50

51 51 PROCESSOS DE USINAGEM I

52 52 PROCESSOS DE USINAGEM I

53 GERAÇÃO DE ENGRENAGENS Animação 53

54 Serramento Processo mecânico de usinagem destinado ao seccionamento ou recorte com auxílio de ferramentas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ou executa ambos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. Animação 1 Animação 2 Animação 3 Animação 4 Animação 5 Animação 6 54

55 Serramento 55

56 SERRAMENTO RETILÍNEO Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, com movimento alternativo ou não. No primeiro caso, o serramento é retilíneo alternativo no segundo caso, o serramento é retilíneo contínuo. 56

57 SERRAMENTO CIRCULAR Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a peça ou ferramenta se desloca figura. 57

58 Brochamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. Vídeo Fabricação de engrenagens e Brochamento Animação 1 Animação 2 58

59 CLASSIFICAÇÃO Brochamento 59

60 BROCHAMENTO INTERNO Processo de brochamento executado num furo passante da peça 60

61 BROCHAMENTO EXTERNO Processo de brochamento executado numa superfície externa da peça. 61

62 62 PROCESSOS DE USINAGEM I

63 63 PROCESSOS DE USINAGEM I

64 Roscamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de filetes, por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para tanto, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4; Animação 5; Animação 6; Animação 7; Animação 8; Animação 9; Animação 10; 64

65 Roscamento 65

66 LIMAGEM Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo 66

67 RASQUETEAMENTO Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies com auxílio de uma ferramenta monocortante 67