Usinagem de Materiais: Processo, Técnicas e Ferramentas, Notas de estudo de Mecatrônica

Baixe Usinagem de Materiais: Processo, Técnicas e Ferramentas e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! Usinagem dos Materiais amauri.hassui@poli.usp.br MS 04 Definição • Processo de fabricação, ou seja, que transforma uma dada matéria-prima em produto, em que ocorre remoção de cavaco. Variáveis independentes • Ferramenta: material, revestimento, condição; • Ferramenta: forma, acabamento e afiação; • Peça: material, condição e temperatura; • Operação: parâmetros; • Fluidos de corte; • Máquina: rigidez, condição; • Sistemas de fixação: peça e ferramenta. Variáveis dependentes • Tipo de cavaco produzido; • Força e energia dissipado no processo; • Temperatura: peça, cavaco e ferramenta; • Ferramenta: desgaste e avarias; • Peça: acabamento e tolerâncias. Fundamentos da Usinagem Feed (mm/'rev or in./rev) =| [pe | Depth of cut (mm or in.)  Modelo de Merchant • Corte ortogonal com ângulo de saída e folga positivos • Cavacos são produzidos por cisalhamento e são formados no plano de cisalhamento • Ângulo de cisalhamento  par       cos sen0 t t r Rake angle, a (b) (90-q+0)  Deformação devido ao cisalhamento      tancot OC OB OC AO OC AB • Conforme diminui o ângulo de saída e/ou o atrito na interface cavaco-ferramenta aumenta, o ângulo de cisalhamento diminui e o cavaco se torna mais espesso • Maior dissipação de energia, deformação maior • Trabalho convertido em calor Tipos de Cavacos • Contínuos • Aresta postiça de corte • Serrilhado ou segmentado • Descontínuo • Cavaco com 2 faces: uma lisa e com aspecto queimado, outra rugosa devido ao cisalhamento Micrografias • A) contínuo • B) zona secundária de cisalhamento • C) contínuo • D) APC • E) segmentado • F) descontínuo (f) (b)(a) (c) (d) (e) Serrilhados • Zonas de alta e baixa deformação por cisalhamento • Metais com baixa condutividade térmica, cuja resistência mecânica diminui com a temperatura, tal como o titânio • Aparência de dentes de serra Descontínuos • Materiais frágeis, que não suportam as deformações por cisalhamento envolvidas no corte • Inclusões e impurezas duras ou estruturas com nódulos de grafita como ferro fundido cinzento • Velocidades de corte muito altas ou baixas • Altas profundidades de corte • Pequenos ângulos de saída • Falta de fluido de corte • Baixa rigidez da máquina ferramenta Curvatura do cavaco • Em todas as operações, o cavaco sofre uma curvatura quando ele deixa a superfície da peça • Distribuição de tensões nas zonas primária e secundária de cisalhamento, efeitos térmicos, encruamento e geometria da ferramenta • Variáveis de processo e do material • Aumento da profundidade de corte aumenta a curvatura do cavaco Forças e Potências de Corte • Potência necessária ao corte – Dimensionamento do motor da máquina – Capacidade de obtenção de tolerâncias – Temperatura de corte – Desgaste da ferramenta • Abordagem teórica (mecanística) • Abordagem empírica Abordagem Teórica • Força total de usinagem é a soma das forças de corte e de avanço • Direções importantes: – Corte – Superfície de saída da ferramenta – Cisalhamento VFP PPP VFP VFP tt ust cuu sss     Modelo Empírico F. =K, xA A=bxh=a, Xf  Fatores que afetam Ks • Material da peça • Material e geometria da ferramenta • Seção de corte • Velocidade de corte • Lubrificação/refrigeração • Estado de afiação da ferramenta Ks A 150 vc (m/min) — f=0.16 o . O I= 0 1 TO TT : — = 0.04 mm/volta | | | | | > 100 200 300 400 500 (um) Desgaste de Flanco Força de Corte . Região 3 Re- Região 2 Tempo de Corte  Valores tabelados • Aço ABNT 1045: 1-z = 0,86 e Ks1 = 2220 • Aumento de 1 a 2% de Ks para cada diminuição de 1o ângulo de saída Materiais para Ferramentas • Seleção: – Material a ser usinado: dureza e tipo de cavaco; – Processo de usinagem: velocidade de corte; – Condição da máquina; – Forma e dimensões da ferramenta; – Custo do material da ferramenta; – Condições de usinagem; – Condições da operação. Requisitos • Dureza a quente; • Resistência ao desgaste: abrasão; • Tenacidade: resistência a choques; • Estabilidade química; • Resistência aos choques térmicos. Metal Duro • Produto da metalurgia do pó: partículas duras de carbonetos refratários (WC, TaC, TiC) sinterizados com um ou mais metais do grupo de ferro (Fe, Ni, Co) formando um corpo de alta dureza e resistência à compressão; • Partículas 1 a 10μm, ocupando 60 a 95% do m, ocupando 60 a 95% do volume de material; atualmente 0,1μm, ocupando 60 a 95% do m Classes • P01 a P 50 – aço, aço fundido, ferro maleável de cavacos longos; • M01 a M40 – aço manganês, aço inoxidável austenítico; • K01 a K40 – ferro fundido cinzento e nodular; • N01 a N30 – metais não ferrosos, alumínio, latão, cobre, plásticos, fibra de vidro; • S01 a S30 – ligas resistentes a altas temperaturas, ligas de titânio; • H01 a H30 – aços temperados, ferro fundido coquilhado, ferro fundido endurecido • H30 mais tenaz, mas menos resistente ao desgaste que a H01 CERMETs • Fase cerâmica e fase metálica; • Partículas duras TiC, TiN e/ou TiCN; • Acabamento de aços moles; Cerâmicos • Dureza a quente e a frio, resistência ao desgaste e excelente estabilidade química; • Baixa condutividade térmica, baixa tenacidade; • Diferentes composições:à base de óxido de alumínio, nitreto de silício; PCDs • Elevado preço e afinidade com o C; • Alta condutividade térmica, altíssima dureza e altíssima resistência ao desgaste por abrasão; • Alta precisão de medidas e acabamento brilhantes, como no caso de espelhos e lentes; • Anisotrópica, pequenas camadas; Cuidados • Materiais fáceis de serem cortados; • Rigidez do sistema; • Geometria negativa • Arestas chanfradas; • Fluido de corte deve ser evitado. Avarias e Desgastes das Ferramentas • Desgaste frontal ou de flanco – vc muito alta ou muito baixa (apc), resistência ao desgaste insuficiente, abrasão, apc • Desgaste de entalhe - oxidação • Desgaste de cratera - difusão • Deformação plástica da aresta de corte – altas temperaturas com altas pressões • Lascamento – ferramenta muito frágil, geometria muito frágil, choques • Trincas – variação excessiva dos esforços de corte ou da temperatura • Quebra Medição dos Desgastes Furação • Ferramenta mais utilizada ainda é a broca helicoidal de aço rápido • Furo  10 mm, com vc em torno de 200 m/min – valores típicos – exigiriam 6400 rpm, bastante elevada • Com o desenvolvimento de novas máquinas, as ferramentas também se desenvolveram: – Broca de aço rápido revestida com TiN – Broca inteiriça de metal duro – exige rigidez do sistema – Brocas com pastilhas de metal duro – Brocas especiais – L/D grande Características • Processo lento se usado aço rápido • Tolerância dimensional IT 11 • L/D = 3 recomendável sob pena de perda de precisão • Precisão pode ser melhorada com operações posteriores: alargamento, brochamento, mandrilamento, torneamento interno, retificação interna – até IT 7 • Difícil remoção de cavaco • Precisão de posicionamento difícil devido ao centro da broca não cortar Formação do cavaco • Aresta postiça de corte formada no centro da broca pois a vc é baixa • Pré-furo diminui esforços de corte • Broca com pastilhas pode utilizar pastilhas mais resistentes ao desgaste na parte externa e mais resistente à adesão no centro Forças e Potências de Corte • Resistência devido ao corte do material nas duas arestas de corte • Resistência devido ao corte e esmagamento do material na aresta transversal de corte • Resistência devido ao atrito das guias com a parede do furo e entre a superfície de saída da broca e o cavaco • Torsão – rotação • Compressão - avanço Arestas principais Aresta transversal atritos Momento torsor 77 – 90% 3 – 10% 3 – 13% Força de avanço 39 – 59% 40 – 58% 2 – 5% • Darr – momento torsor na furação com pré furação • (kgf.mm) • do = diâmetro do pré-furo • C3, x3 e y3 = constantes empíricas do material da peça ).(.. 30 33231 3 xxxz dDDfCMt   • Darr – força de avanço na furação com pré furação • (kgf) • C4, x4 e y4 = constantes empíricas do material ).(.. 40 44141 4 xxxy f dDDfCF   Avanço máximo possível • Resistência da broca • Tensão devido a ação conjunta de um momento torsor e uma força de compressão (kgf/mm2) Considerando uma broca de aço rápido: (kgf) 3 .4,36 D M t i  1 .69,0 131 max C D f x y   Tipos de Fresamento • Posição do eixo árvore: vertical, horizontal e inclinado • Disposição dos dentes ativos da fresa: tangencial e frontal (topo) o / tam | st = E Ea e] Es a  Dentes Inclinados • Variação mais suave de esforços • Componente axial da força • Fresamento frontal • Centro da fresa dentro de ae • ae = 0,75 D ferro fundido • ae = 0,69 D aços • D = 20 a 50% maior que ae • Área para resistir ao choque • Tempo de choque • Linha de centro da fresa dentro da peça • Saída da ferramenta 4 em, to ci Positivo-Negativa a) Duplo Negativa , by Duplo Positiva  Condições de Corte • Profundidade de usinagem: maior possível, menor que 2/3 da aresta • Avanço: espessura do cavaco mínima, aumento do avanço diminui a potência para uma mesma taxa de remoção • Velocidade de corte:desgaste da ferramenta vf = fz x z x n • Número de dentes: passo grande gera menor potência, 2 dentes em contato, acabamento • Potência de corte )( 1060 6 1 kW vaaKs P hKsKs fpem c z mm      Retificação • Tolerâncias IT 4 a IT 6 • Ra 0,2 a 1,6 m • Baixa capacidade de remoção de cavaco • Alto valor agregado • Rebolo – grãos abrasivos e material aglomerante Processos • Retificação cilíndrica – Externa: mergulho, passagem – Sem centros: mergulho, passagem – Interna • Retificação plana – Tangencial – Frontal • Retificação de perfis Características do Rebolo • Material do grão abrasivo • Tamanho do grão abrasivo • Estrutura do rebolo • Tipo de liga aglomerante Fatores de Influência na Seleção das Características do Rebolo • Material da peça • Volume de material removido e acabamento da peça • Fluido de corte • Velocidade do rebolo • Área de contato • Potência da máquina Características Rebolo