Baixe movimentos e terminologia1 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! – PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM PARTE 1 – MOVIMENTOS EM USINAGEM E TERMINOLOGIA DE FERRAMENTAS Professor Aldoni Gabriel Wiedenhöft Alegrete RS, maio de 2010-08-17 AL 0076 – Processos de Fabricação por Usinagem INTRODUÇÃO Fabricar consiste basicamente em alterar uma matéria-prima com o intuito de obter um produto acabado. Os processos de fabricação representam, nos países industrializados, um terço do produto interno bruto [Kalpakjian, 1985]. Os processos de fabricação que envolve mudança de forma podem ser classificados em duas categorias: fabricação com remoção de material e fabricação sem remoção de material. Enquanto a segunda categoria é composta por processos de fabricação como soldagem, conformação e fundição, a primeira categoria é composta basicamente pelos processos de usinagem. A importância dos processos de fabricação que envolve remoção de material pode ser medida pelo custo envolvido nestes: segundo Shaw, em 1984, estes processos eram considerados os mais importantes economicamente, com custos associados estimados em cerca de 10% do PIB americano na primeira metade da década de 80. Uma avaliação de Trent, também de 1984, indica os processos de usinagem como os mais usados na indústria metal mecânicos, com custos associados superiores a 15% do valor de todos os produtos manufaturados em todos os países industrializados. Segundo Walker, 2000 é difícil citar algum produto que não requeira, direta ou indiretamente, o uso de uma operação de usinagem em algum momento de sua manufatura. A grande utilização dos processos de usinagem se deve principalmente à variedade de geometrias possíveis de ser usinadas, com alto grau de precisão dimensional e acabamento superficial, e ao fato de não haver alteração nas propriedades do material. Estas características fazem com que, na grande maioria dos casos, os processos de usinagem não possam ser substituídos por nenhum outro processo de fabricação, sendo muitas vezes usados com o intuito de prover uma melhora do acabamento superficial ou tolerância dimensional do produto manufaturado por outros processos. Apesar das vantagens da usinagem, esta possui desvantagens em relação a outros processos de fabricação, como, por exemplo, a baixa velocidade de produção quando comparada a estes. Esta desvantagem faz com que qualquer aprimoramento no sentido de aumentar a produção de um processo de usinagem represente um ganho significativo. A segunda desvantagem dos processos de usinagem diz respeito aos altos custos envolvidos. Estes custos se devem ao uso de maquinário e ferramental caro e à necessidade de mão de obra altamente especializada. O nível de conhecimento requerido na programação e operação das modernas máquinas de comando numérico faz necessários operadores com certo grau de especialização. Os gastos anuais com mão de obra nos EUA são estimados em U$300 bilhões, contra U$7,5 bilhões gastos em maquinário e U$2,5 bilhões gastos em materiais “consumíveis” (ferramentas de corte e fluídos de corte) [Trent e Wright, 2000]. Além disso, grande parte da matéria prima usada nestes processos é transformada em resíduo. Estes altos custos inerentes aos processos de usinagem tornam-se mais importantes quando associados ao fato de que a usinagem é um dos processos de fabricação mais utilizados no mundo, transformando em cavaco algo em torno de 10% de toda a produção de metais [Trent, 1984]. A simples análise dos custos inerentes aos processos de usinagem, aliados à representatividade destes processos na indústria mundial, faz com que qualquer aprimoramento nestes converta - se em uma grande redução dos custos de produção. Este aprimoramento pode ser feito através do desenvolvimento de máquinas, ferramentas, ou materiais cuja usinagem seja facilitada. Usinagem Usinagem é um termo que abrange processos de fabricação por geração de superfícies através da retirada de material, conferindo dimensão e forma à peça. Uma definição bastante ampla do termo usinagem foi apresentada por Ferraresi (1970), que diz que “como operações de usinagem entendemos aquelas que, ao conferir à peça a forma, ou as dimensões ou o acabamento, ou qualquer combinação destes três itens, produzem cavaco”. As operações de usinagem dividem-se em processos de usinagem convencional e não convencional (Figura 1). Dentre os processos de usinagem convencional se destacam, devido ao uso mais amplamente difundido, o torneamento, fresamento e furação. profundidade de penetração da ferramenta medida perpendicularmente ao plano de trabalho, que é definido pelas direções de avanço e Vc da ferramenta. A partir destes três parâmetros é possível determinar a taxa de remoção de material (equação 2), parâmetro usado para a medição da eficiência da operação. A velocidade na qual a ferramenta se movimenta na direção e sentido do avanço é chamado velocidade de avanço, e pode ser calculada através da equação 3. Figura 3 – Parâmetros de corte e superfícies em torneamento cilíndrico externo (Fonte: sandvik). Superfícies definidas sobre a peça As superfícies definidas sobre a peça (Figura 4) são: · Superfície a usinar. · Superfície em usinagem ou transitória, divide-se em superfície em usinagem principal e secundária, de acordo com a aresta de corte com a qual está em contato. · Superfície usinada. Figura 4 – Superfícies definidas sobre a peça em torneamento cilíndrico externo (adaptado de Diniz). Geometria de Ferramenta A geometria da ferramenta (Figura 5) é um dos fatores de maior influência na usinagem. A ferramenta de corte para torneamento é definida em: · Cabo ou haste – é a parte da ferramenta responsável pela sua fixação. · Superfície de saída ou face (Ag) – é a superfície da ferramenta sobre a qual o cavaco desliza após o corte. · Superfície de folga ou flanco (Aa) – é a superfície que determina a folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem principal. · Superfície secundária de folga ou flanco secundário (A’a) – é a superfície que determina a folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem secundária. · Cunha de corte – é a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga, sobre a qual ocorre o corte do metal. · Arestas de corte ou gumes – são as arestas da cunha de corte, nas quais ocorre a interface ferramenta-peça, e distinguem se como; . Aresta principal de corte ou gume principal (S) – formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga; . Aresta secundária de corte ou gume secundário (S’) – formada pela intersecção das superfícies de saída e secundária de folga; · Ponta de corte ou quina – local da cunha de corte onde se encontram a aresta principal e a aresta secundária de corte. · Raio de ponta ou raio de quina (re) – é o raio que liga as arestas principais e secundárias de corte no torneamento. Figura 5 – Geometria da ferramenta de corte (Fonte: Machado e Silva, 1999). Ângulo de saída da ferramenta (go) – ângulo dentre a superfície de saída e o plano de referência da ferramenta medido no plano ortogonal (Po). Influi na força de corte, quanto maior o go menor a força. Junto com o ângulo de folga, é responsável pela resistência da ferramenta, quanto maior, menor a temperatura gerada.  go pequeno, nulo ou negativo – Cunha de corte mais resistente, porém maior deformação imposta ao cavaco, o que gera esforços maiores.  go grande – menor esforço devido à menor deformação necessária para retirar o cavaco. Maior o contato entre o cavaco e Ag. Menor a seção resistente da cunha. Ângulo de folga (a0) – ângulo entre a superfície de folga e o plano de corte da ferramenta medido no plano ortogonal. Tem a função de evitar o atrito entre a superfície usinada e a face da ferramenta. Quando muito pequeno (menor que 5º), causa sobreaquecimento, forte desgaste e mau acabamento. Quando muito grande, causa a perda da resistência da ferramenta devido à redução do ângulo de cunha da ferramenta. Ângulo de folga secundário (a’0) – ângulo entre a superfície de folga secundária e o plano de corte da ferramenta medido no plano ortogonal. Ângulo de cunha da ferramenta (b0) – ângulo entre as superfícies de saída e de folga medido no plano ortogonal. Complementar aos ângulos de folga e de saída (a0 + b0 + go = 90°), é responsável pela resistência da ferramenta. Figura 7 – Ângulos da ferramenta de corte medidos (a) no plano de referência da ferramenta e (b) no plano ortogonal (fonte: Diniz et al.).(a) (b) ANEXO 1 – NOMENCLATURA DE FERRAMENTAS DE TORNEAMENTO SEGUNDO A NORMA NBR 6161/80 E STEMMER Referências bibliográficas 1-Diniz, A. E., Marcondes, F. C., Coppini, N. L., 2000. “Tecnologia da Usinagem dos Metais”, Artliber, São Paulo. 2-Ferraresi, D., 1970. “Fundamentos da usinagem dos metais”, Editora Edgard Blücher, São Paulo. 3-Kalpakjian, S.,1985. “Manufacturing Process for Engineering Materials”. Adisson- Wesley Publishing Company. Machado, A., da Silva, M. B., 1999. “Usinagem dos Metais”, 4-Apostila, DEEME – UFU, Uberlândia. 5-Shaw, M. C., 1984. “Metal Cutting Principles”, Oxford University Press, Great Britain. 6-Stemmer, C.E., 1995. “Ferramentas de Corte I”, 3ª edição, Editora da UFSC, Florianópolis. 7-Trent, M. C., Wright, P. K., 2000. "Metal cutting principles – 4th edition”, Butterworth- Heinemann, USA. 8-Trent, M. C., 1984. “Metal cutting principles – 2nd edition”, Butterworth-Heinemann, USA. 9-Walker, J., 2000. “Machining Fundamentals”, GW Publisher, USA.