AULA 2 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM

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1 AULA 2 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM

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3 3 2. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM 2.1. Introdução Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de processos. A ideia de fabricar teve início a milhares de anos, quando o homem pré-histórico percebeu que, para sobreviver, precisava de algo mais que pernas e braços para poder se defender e caçar. Sua inteligência logo o ensinou que se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe seria mais forte, e se a pedra tivesse um cabo esse golpe seria mais forte ainda. Se essa pedra fosse afiada poderia cortar a caça e ajudar a raspar a peles dos animais. Foi a partir da necessidade de se fabricar um machado que o homem desenvolveu as operações de desbastar, cortar e furar. Já há aproximadamente 12 a 50 mil anos o homem estava em condições de produzir ferramentas de pedras com arestas de corte (gumes) afiadas por lascamento, como nos mostram achados arqueológicos da idade da pedra (Fig. 2.1). Figura Ferramentas de pedra lascada. Para ter uma ideia do número de fatores que devem ser considerados num processo de fabricação veja, por exemplo, a produção de um simples artigo: o clipe. Primeiro ele deve ser projetado para atender o requisito funcional que é segurar folhas de papéis juntas. Para tanto, ele deve exercer uma força suficiente para evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Eles são, geralmente, feitos de arame de aço, embora hoje se encontre no mercado clipe de plástico. O comprimento do arame requerido para sua fabricação é cortado e então dobrado várias vezes, para dar a forma final própria. Por sua vez, o arame é feito por um processo de trefilação a frio. Neste processo a seção transversal de uma haste longa é reduzida, ao passar por uma matriz de fieira, que também confere algumas propriedades mecânicas ao material, como resistência e dureza. A haste por sua vez, é obtida por processos como a trefilação e a extrusão de um lingote. Para evitar delongas, nenhuma informação quanto ao processo de obtenção deste lingote será abordada. A fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de um material adequado e de um método de fabricação para atender os requisitos de serviço do artigo. As seleções são feitas não somente com base em requisitos técnicos, mas também com base nas considerações econômicas, minimizando os custos para que o produto possa ser competitivo no mercado.

4 4 O projetista de produtos ou engenheiro projetista especifica as formas, dimensões, aparência, e o material a ser usado no produto. Primeiro são feitos os protótipos do produto. Neste estágio, é possível fazer modificações, tanto no projeto original como no material selecionado, se análises técnicas e/ou econômicas assim indicarem. Um método apropriado é então escolhido pelo engenheiro de fabricação. A Figura 2.2 mostra um procedimento correto para se chegar à etapa de fabricação. Figura Diagrama mostrando o procedimento requerido para o projeto de um produto, que são etapas que antecedem a fabricação. Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para a utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: pode-se fundir; soldar; utilizar a metalurgia em pó; ou usinar o metal a fim de obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se escolhe um processo de fabricação. Como por exemplo: forma e dimensão da peça; material a ser empregado e suas propriedades; quantidade de peças a serem produzidas; tolerâncias e acabamento superficial requerido; custo total do processamento. A Fundição é um processo de fabricação sempre inicial, pois precedem importantes processos de fabricação como usinagem, soldagem e conformação mecânica. Esses utilizam produtos semiacabados (barras, chapas, perfis, tubos, etc.) como matéria prima que advém do processo de fundição. Podem-se dividir os processos de fabricação de metais e ligas metálicas em: os com remoção de cavaco, e os sem remoção de cavaco. A Figura 2.3 mostra a classificação dos processos de fabricação, destacando as principais operações de usinagem. Processos de usinagem envolvem operações de corte que permitem remover excessos de um material bruto com auxílio de uma ferramenta até que este resulte em uma peça pronta que, posteriormente, irá compor algum engenho mecânico que, por sua vez, farão parte de bens duráveis.

5 5 Nestas operações de corte são geradas aparas que se costumam chamar de cavacos. Assim, processos de usinagem, invariavelmente, implicam na geração de cavacos. Um subgrupo da norma DIN 8580 sob o termo separar, compreende os processos de fabricação com remoção de cavaco com ferramenta de geometria definida, que se caracteriza pela aplicação de ferramentas com características geometricamente definidas. Figura 2.3 Classificação dos processos de fabricação. No estudo das operações dos metais, distinguem-se duas grandes classes de trabalho: as operações de usinagem e as operações de conformação. Uma simples definição de operação de usinagem pode ser tirada da Figura 2.3 como sendo processo de fabricação com remoção de material em forma de cavaco. Consultando, porém, uma bibliografia especializada pode-se definir usinagem de forma mais abrangente: Usinagem é o processo de remoção de material que ao conferir à peça a forma, as dimensões, o acabamento, ou ainda a combinação qualquer destes itens, produz cavaco. E por cavaco entende-se:

6 6 Cavaco é a porção de material da peça de forma geométrica irregular retirada pela ferramenta de corte durante a usinagem. Além desta característica, estão envolvidos no mecanismo da formação do cavaco alguns fenômenos particulares, tais como o fator de recalque (relacionado com a deformação do material), a aresta postiça de corte (adesão de material na superfície de saída da ferramenta) a craterização (desgaste de cratera na superfície de saída da ferramenta) e a formação periódica do cavaco (dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte). Como operação de conformação entende-se aquela que visa conferir à peça a forma ou as dimensões, ou o acabamento específico, ou ainda qualquer combinação destes três bens, através da deformação plástica do metal. Devido ao fato da operação de corte em chapas estar ligada aos processos de estampagem profunda, dobra e curvatura de chapas, essa operação é comumente estudada no grupo de operações de conformação dos metais. Na maioria das aplicações industriais, a usinagem é usada para converter blocos (tarugos) metálicos fundidos, forjados ou pré-moldados em perfis desejados, com tamanho e acabamento específicos, de acordo com as necessidades do projeto. Quase todos os produtos manufaturados possuem componentes que precisam ser usinados, muitas vezes com grande precisão. Logo, este conjunto de processos é um dos mais importantes do sistema de manufatura, pois agrega valor ao produto final. A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular do mundo, transformando em cavacos algo em torno de 10% de toda a produção de metais, e empregando dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo Classificação dos Processos de Usinagem Classificação quanto ao processo de remoção de material O processo de remoção por usinagem pode ser dividido em duas grandes categorias: Processos convencionais, em que as operações de corte empregam energia mecânica na remoção do material, principalmente por cisalhamento, no contato físico da ferramenta com a peça ex.: torneamento, furação e retificação. Processos especiais (não convencionais), em que as operações se utilizam de outros tipos de energia de usinagem (p.ex. termelétrica), não geram marcas-padrão na superfície da peça e a taxa volumétrica de remoção de material é muito menor que a dos processos convencionais ex.: laser (radiação), eletroerosão (elétrons) e plasma (gases quentes) Classificação quanto à geometria da ferramenta de corte Os processos convencionais de usinagem ainda podem ser subdivididos em duas classes: Operações de corte com ferramentas de geometria definida (arestas cortantes com formato e com tamanho conhecidos) p.ex. torneamento, furação, fresamento. Operações de corte com ferramentas de geometria não definida (partículas abrasivas com formatos aleatórios e compostas por arestas minúsculas de corte) p.ex. retificação, brunimento, lapidação.

7 Classificação quanto à finalidade da operação de corte Quanto à finalidade, as operações de usinagem podem ser classificadas em: Operações de desbaste, em que a usinagem, anterior a de acabamento, visa obter na peça a forma e dimensões próximas das finais. Operações de acabamento, em que a usinagem é destinada a obter na peça as dimensões finais, ou um acabamento especificado, ou ambos Planejamento de Processos O planejamento de processos é um procedimento de tomada de decisões com o objetivo de obter um plano de processo econômico. Os parâmetros a serem considerados são: geometria da peça; matéria-prima; acabamento; tolerâncias dimensionais e geométricas; tratamentos térmicos e superficiais; tamanho do lote (quantidade). As restrições devem ser tecnológicas e independentes da sequência escolhida de processos de usinagem, máquinas-ferramentas e operações de corte. Depende da disponibilidade de: Peça. Restrições relativas ao material, à geometria, às dimensões etc. Deve-se considerar a rugosidade e as tolerâncias dimensionais e geométricas relacionadas ao processo e aos máximos valores de avanço e profundidade de corte. Alguns pesquisadores consideram os valores máximos de velocidade e profundidade de corte dependentes do material. Máquinas-ferramentas. O processo de usinagem gera esforços dinâmicos que excitam a estrutura da máquina e a peça usinada como resultado em algumas situações a superfície pode ficar ondulada ou com marcas. Ferramentas de corte. Velocidade de corte acima de um determinado limite altera o mecanismo de desgaste da ferramenta. O avanço e a geometria da ferramenta influem na rugosidade gerada na superfície usinada. As dimensões da ferramenta limitam a profundidade de corte. Tecnologia. Com base na teoria de usinagem pode-se dizer que existem limites mínimo e máximo para os valores de profundidade de corte, avanço e velocidade de corte. Valores baixos de avanço e profundidade: retorno elástico ou abrasivo; valores altos: desgaste de cratera. Velocidade de corte alta: desgaste por difusão; baixa: aresta postiça de corte. Os limites podem ser estimados com base no material a ser usinado na ferramenta. Usuário/operador. O operador pode limitar por prática os valores de avanço, profundidade e velocidade de corte. Os critérios de otimização devem ser econômicos, visando sempre maximizar a taxa de retorno com: máxima produção; mínimo custo; máxima produtividade. As decisões a tomar envolvem a escolha do processo de usinagem, o detalhamento das operações de corte e a seleção de diferentes parâmetros do processo, tais como: máquina-ferramenta; tipo de fixação e localização; ferramentas de corte; trajetórias das ferramentas; condições de corte.