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43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem

43.064-1 Fundamentos de Fabricação

Mecânica

Cotagem Baseada em Sistemas de Referência

Sobremetal de Usinagem

Prof. Jorge Henrique Bidinotto

[email protected]


•Cotagem Baseada em Sistemas de Referência Introdução Exemplos

•Sobremetal de Usinagem Introdução Sobremetal Mínimo Necessário Tolerâncias e Sobremetais Operacionais Condições Operacionais do Processo de Usinagem Aplicação Prática

Sumário


•Deve ser feita sempre tomando como base a face de referência

•Quando se cota diâmetro, a referência sempre é a linha de centro, portanto se faz sem base em nenhuma face

•Dessa forma, ao olhar um desenho com sua cota, já é possível se identificar sua face de referência

Introdução:



Exemplos:



•Sobremetal de Usinagem é a camada de material a ser removida de uma peça quando esta sofre usinagem

•Quando a peça sofre várias operações de usinagem, cada uma tem seu sobremetal

•Pode ser classificado em:

Sobremetal total (St) – camada de metal removida após todas as operações de usinagem

Sobremetal intermediário (Si) – camada removida após cada ooperação de usinagem

•Logo : St=ΣSi

Introdução:



•Pode ainda ser definido como a diferença entre as dimensões após e antes a operação de usinagem

•Unilateral

Introdução:



•Bilateral em duas faces

Introdução:



•Bilateral em revolução

Introdução:



•Pode ser classificado ainda em:

Sobremetal nominal – Remoção estabelecida por cálculo. É utilizado para calcular as dimensões intermediárias às operações de usinagem

Sobremetal real – Camada REALMENTE removida na usinagem (coniderando erros)

Sobremetal verificado – Camada medida após a remoção de material (considerando erros do sistema de medição)

Introdução:



•O cálculo correto do sobremetal é importante por razões econômicas

•Quanto menor o sobremetal, menor o tempo de máquinas, a necessidade de máquinas novas, a despesa com mão-de-obra, etc.

•Por outro lado, se o sobremetal for muito pequeno, pode acontecer de a operação de usinagem “matar” a peça

•Uma peça em bruto muito precisa, porém, pode ser cara de tornar o processo oneroso

•Dessa forma, o sobremetal “ideal” calculado é o Sobremetal Mínimo Necessário (Sm)

Sobremetal Mínimo Necessário:



•Define-se Sobremetal Mínimo Necessário (Sm) como: o sobremetal ótimo entre duas operações de usinagem que assegure uma qualidade previamente fixada na superfície a um custo de processamento mínimo na fabricação da peça em bruto e usinada

•O Sobremetal Mínimo Necessário deve também compensar alguns fatores como:

A espessura da camada danificada da peça em bruto, como a camada superficial em fundição, material descarbonetado em barras laminadas ou buracos, irregularidades, etc.

Erros inevitáveis de produção, como erros geométricos de máquinas operatrizes ou outros fatores




•Logo o sobremetal para uma determinada operação pode ser calculado por



i – operação qualquer de usinagem no processo de fabricação da peça, composto por n operações

Rmaxi-1 – altura máxima de rugosidade superficial da operação de usinagem anterior

t i-1 – profundidade da camada danificada correspondente à operação anterior

peças fundidas: camada de perlita

peças laminadas: camada descarbonetada

ρ i-1 – soma vetorial dos desvios de posição das superfícies de referência até a operação anterior: falta de paralelismo, perpendicularismo, simetria, etc.




ρ i-1 – soma vetorial dos desvios de posição das superfícies de referência até a operação anterior: falta de paralelismo, perpendicularismo, simetria, etc. Em geral é bem pequeno se comparado aos outros

εi – Erros que não aparecem antes de a peça ser fixada. Ex.: erro de planicidade em carcaças, excentricidade de eixos causados por flambagem, etc.

ρ1

ρ2

ρ




– Erro de localização devido a imperfeições em dispositivos de fixação. A peça fica livre desse erro quando as referências de usinagem são as mesmas de montagem

SεL – Sobremetal necessário

para compensar o erro de

localização

St – Sobremetal total




– Erro de deformação na peça devido à sua fixação




– Erro de montagem na máquina ou dos próprios ajustes de batente da máquina




Alguns desses erros podem ser estimados pelas tabelas

Valores médios de erros de montagem (ε) na fixação de peças em placas de 3 castanhas

Tipo da superfície

Até 50 50 a 120 120 a 260 260 a 500 Até 50 50 a 120 120 a 260 260 a 500

Deslocamento radial [mm] Deslocamento axial [mm]

Fundida em areia 0,3 0,4 0,5 0,6 0,1 0,12 0,15 0,2

Fundida em moldes permanentes 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 0,1 0,12 0,15

Fundida em shell-molding 0,1 0,15 0,2 0,25 0,05 0,08 0,1 0,12

Forjado em martelo 0,3 0,4 0,5 0,6 0,1 0,12 0,15 0,2

Forjado em prensas horizontais ou verticais 0,2 0,3 0,4 0,5 0,08 0,1 0,12 0,15

Usinagem de desbaste 0,1 0,15 0,2 0,25 0,05 0,08 0,1 0,12

Usinagem de acabamento 0,05 0,08 0,1 0,12 0,03 0,05 0,08 0,1

Retificada 0,02 0,03 0,04 0,05 0,01 0,015 0,025 0,03





Erros de montagem (ε) na fixação de barras redondas laminadas a quente em placas de 3 castanhas

Diâmetro D [mm] até 9 10 a 18 19 a 25 26 a 48 50 a 58 60 a 78 80 a 95 110 a 115 120 a 125 130 a 150

Deslocamento radial 0,1 0,2 0,15 0,2 0,27 0,32 0,4 0,5 0,6 0,65

Deslocamento axial 0,07 0,08 0,1 0,13 0,18 0,21 0,27 0,33 0,44 0,47

Erros de montagem (ε) na fixação de barras redondas retificadas, trefiladas ou descascadas em pinças elásticas

Diâmetro D [mm] 6 a 10 10 a 18 18 a 30 30 a 50 50 a 80 80 a 100

Deslocamento radial 0,05 0,06 0,07 0,09 0,1 0,12

Deslocamento axial 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08





Valores de Rmax e t para diversas operações [μm]

Operação Rmax t

Torneamento desbaste 15-5,3 25-30

Torneamento acabamento 5,3-1,2 15-20

Mandrilamento 15-2,7 15-20

Alargamento 10,3-5,3 10-20

Brochamento 10,3-2,7 10-20

Acabamento com esferas 1,2-0,6 20-25

Retificação 5,3-0,3 15-20

Lapidação 1,25-0,3 3-5

Brunimento 1,25-0,3 20-25


•Observações sobre a fórmula abaixo



1. Para retíficadoras centerless, o erro de montagem é zero: εi =0

2. Para peças de ferro fundido já desbastadas, a camada danificada já foi removida, logo ti = 0


Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:


Considerando:

T1 Tolerância da operação 1

T'1 Tolerância possível de ser obtida na operação 1 T2 Tolerância da operação 2

T'2 Tolerância possível de ser obtida na operação 2 Sm Sobremetal mínimo entre as operações 1 e 2 SM Sobremetal máximo entre as operações 1 e 2 D1m Dimensão mínima na operação 1 D1M Dimensão máxima na operação 1




•Para dimensões externas




•Pode-se afirmar que

T1=D1M-D1m

D1m=D2M+Sm

D1M=D2m+T1+Sm+T2

T1+T2+Sm=SM

D1M=D2m+SM

•Sendo

T2 ≥ T’2

T1=T’1




•Para dimensões internas




•Pode-se afirmar que

D1m=D2M-SM

D1M=D2m-Sm

SM=Sm+T1+T2




•Usinagem bilateral - eixos

D1m=D2M+2Sm

D1M=D2m+2SM

SM=Sm+T1+T2

•Usinagem bilateral - furos

D1m=D2M-2Sm

D1M=D2m-2SM

SM=Sm+T1+T2




•Considerando n operações - para dimensões externas




•Para a i-ésima operação

DiM=D(i-1)m+Sim

Dim=D(i-1)M+SiM

SiM=Sim+Ti+T(i-1)




•Considerando n operações - para dimensões internas




•Para a i-ésima operação

DiM=D(i-1)m-Sim

Dim=D(i-1)M-SiM

SiM=Sim+Ti+T(i-1)




•Para dimensões de face




•Para a face A

A1M=A2m-SmA

A1m=A2M-SMA

SMA=SmA+T1A+T2A

•Para dimensões de face

•Vale o mesmo equacionamento, sempre lembrando qual o sentido positivo das cotas

•Para a face B

B1m=B2M+SmB

B1M=B2m+SMB

SMB=SmB+T1B+T2B




•Para a face A

Lim=L(i-1)M+Sim

LiM=L(i-1)m+SiM

SiM=Sim+T(i-1)+Ti

•Para dimensões de face – considerando n operações

•Para a face B

LiM=L(i-1)-Sim

Lim=L(i-1)-SiM




•Para engrenagens




•Para a face A

Lim=L(i-1)M+Sim

LiM=L(i-1)m+SiM

SiM=Sim+T(i-1)+Ti

•Para engrenagens

•Para a face B

LiM=L(i-1)-Sim

Lim=L(i-1)-SiM


•Conclui-se, então que, quando várias operações de usinagem são necessárias, o sobremetal deve ser calculado antes de cada uma delas, tentando, nas operações intermediárias, usar a tolerância máxima da máquina (dentro dos limites de custo)

•Para o cálculo do sobremetal áximo, deve serlevado em consideração:

•1. Tolerâncias: O sobremetal máximo para uma determinada operação é dado por

SiM=Sim+T(i-1)+Ti

•Sabendo que a máquina operatriz tem uma faixa de tolerâncias T’i possível, qual tolerância devo usar para uma operação i???

Condições Operacionais do Processo de Usinagem:



•2. Segurança: O sobremetal mínimo deve seguir a seguinte relação

Sim=k . Sin

Sim – sobremetal mínimo real

Sin – sobremetal mínimo obtido por cálculo (ou tabela)

k – coeficiente de segurança

k=km x ki x ks x kr

•km: coeficiente de confiabilidade na tolerância. Quanto mais Ti se aproxima de T’i, maior é km.

km varia de 1,05 a 1,08

•ki: idade do equipamento. Quanto mais velho, maior ki

ki varia de 1,00 a 1,10




•ks: confiabilidade na capacidade do processo. Quanto mais confiável, menor ks.

ks varia de 1,05 a 1,15

•kr: porcentagem admissível de peças rejeitadas. Quanto maior a porcentagem admissível, menor kr

kr varia de 1,00 a 1,03




•Sobremetais totais

•Considerando o caso anterior (3 operações):

SMT=S1M+S2M+S3M

Sendo

S3M=S3m+T3+T2

S2M=S2m+T2+T1

S1M=S1m+T0+T1




•Custos de manufatura

•Para cada fator da equação de k, pode ser associado um gráfico de custo com o aumento do coeficiente. A soma de todas as curvas é o custo total daquele processo





•Colocando graficamente as curvas já obtidas em função do sobremetal, tem-se





•Finalmente, além das considerações anteriores, devem ser analisados ainda:

•Máquinas disponíveis para operação e suas respectivas tolerâncias

•Tolerâncias de processamento comparadas às tolerâncias da máquina




•Calcule o sobremetal e o diâmetro inicial para o eixo abaixo

•Dados:

O eixo bruto é obtido por forjamento em recalcadora horizontal

As operações previstas para usinagem do eixo são torneamento de acabamento e retificação

Ignore o raio da ferramenta na mudança de diâmetros

Obs.: para tabelas com um intervalo de valores, considerar um valor aproximadamente na metade da faixa

Aplicação Prática



•Calcule o sobremetal e o diâmetro inicial para o eixo abaixo

Aplicação Prática


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