1 fresamento 1. introdução processo de fabricação onde cavacos são retirados progressivamente...

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FRESAMENTO

1. Introdução

Processo de fabricação onde cavacos são retirados progressivamente

através de movimentos coordenados entre uma ferramenta multicortante

em rotação e movimentos de avanço da peça. Em máquinas mais

recentes, a ferramenta pode avançar em qualquer direção contra a peça.

Na operação de fresamento a ferramenta de corte possui vários gumes e

executa movimento de giro, enquanto é pressionada contra a peça. A

peça movimenta-se (avanço) durante o processo.A superfície usinada

resultante pode ter diferentes formas, planas e curvas.

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FRESAMENTO

O fresamento é um dos métodos de usinagem de maior versatilidade,

porém um dos mais complicados. Em fresamento existem muito mais

fatores que podem influenciar o resultado da usinagem do que em

torneamento. Porém, o índice de remoção de material é extremamente

alto e as possibilidades de conseguir um bom acabamento da

superfície são excelentes.

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Os principais tipos de fresamento, em relação ao efeito sobre uma peça, ou do ponto de vista da trajetória da ferramenta,são:

-faceamento-fresamento de cantos a 90o

-fresamento de perfis-fresamento de canais-tornofresamento-fresamento de roscas-cortes-fresamento com altos avanços-fresamento de mergulho-fresamento de rampa-interpolação helicoidal-interpolação circular-fresamento trocoidal

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Desbaste de açosAcabamento/perfilamento

de aços

Alumínio

CoroMill 245

CoroMill 390

CoroMill 200

CoroMill 245

CoroMill Plura

CoroMill 300

CoroMill Century

CoroMill 390CoroMill Plura

Muitos tipos de operações de fresamento

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Muitos tipos de operações de fresamento

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

1 FACEAMENTO 8 CORTES2 FRESAMENTO DE CANTOS A 90º 9 FRESAMENTO COM ALTOS AVANÇOS3 FRESAMENTO DE PERFIS 10 FRESAMENTO DE MERGULHO4 FRESAMENTO DE CAVIDADES 11 FRESAMENTO DE RAMPA5 FRESAMENTO DE CANAIS 12 INTERPOLAÇÃO HELICOIDAL6 TORNOFRESAMENTO 13 INTERPOLAÇÃO CIRCULAR7 FRESAMENTO DE ROSCAS 14 FRESAMENTO TROCOIDAL

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3.2. Fundamentos Básicos

Distinguem-se dois métodos de fresamento, o frontal e o tangencial (ou periférico), cada um com suas vantagens e desvantagens.

Quanto à relação entre os sentidos das velocidades de corte e de avanço, distinguem-se fresamento concordante e discordante.

Para fazer essa distinção, considera-se que a fresa apenas gira enquanto que a peça apenas avança contra a ferramenta. Esta é a situação mais comum no fresamento convencional.

.

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Variáveis e Parâmetros de Corte

No fresamento, assim como nos demais processos de usinagem, existe uma série de importantes parâmetros de corte a considerar. Eles descrevem quantitativamente os movimentos, as dimensões e outras características da operação de corte.

Os parâmetros que descrevem o movimento da ferramenta e/ou peça são: freqüência de rotação, velocidade de corte e velocidade de avanço.

As dimensões do corte são: profundidade de corte e penetração de trabalho.

Outros parâmetros são: diâmetro da ferramenta e seu número de dentes (gumes principais), taxa de remoção de material e o tempo de corte.

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Definições Básicas

n = Velocidade do fuso, rpm

(rotações por minuto)

vc = Velocidade de corte

(m/min)

Dc = Diâmetro da fresa

(mm)

n

vc

n

(m/min)

(rpm)

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fz = Avanço por dente

(mm/dente)

vf = Mesa de Avanço

(mm /min)

zn = Número efetivo de dentes

fn = Avanço por rotação = ( fz x zc)

vf = fz x zn x n

fz

nn

zn= 6

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Fresamento Periférico

No fresamento tangencial a superfície fresada se encontra, de modo geral, paralela ao eixo da fresa. Também a profundidade de corte ap é significativamente maior que a penetração de trabalho ae.

No fresamento tangencial concordante (ou apenas fresamento concordante), os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, os mesmos. A espessura do cavaco decresce durante a sua formação. A espessura do cavaco é máxima no início do corte e mínima no final (teoricamente zero). Assim, na saída do gume, ocorre o esmagamento de material e maior atrito entre o gume e a superfície de corte.

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A espessura do cavaco é máxima no início do corte e mínima no final (teoricamente zero). Assim, na saída do gume, ocorre o esmagamento de material e maior atrito entre o gume e a superfície de corte.

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No fresamento periférico discordante (ou apenas fresamento

discordante) ocorre o contrário. Os sentidos das velocidades de corte e

de avanço são, em média, opostos. A espessura do cavaco cresce

durante a sua formação. Neste caso, a espessura do cavaco é mínima no

início do corte e máxima no final.

20

Se ocorrer fresamento discordante puro a espessura inicial é teoricamente zero. Assim, no momento da entrada do gume, não há corte, mas apenas o esmagamento de material. Consequentemente os esforços e a tendência a vibrações na ferramenta são maiores.

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No fresamento discordante, com a pastilha iniciando seu corte com uma

espessura de cavaco zero, temos grandes forças de corte que tendem a

afastar a fresa e a peça uma da outra. A pastilha tem que penetrar,

criando um atrito ou efeito de brunimento com altas temperaturas e,

geralmente, entra em contato com uma superfície com encruamento

causado pela pastilha anterior por deformação plástica. As forças tendem

a levantar a peça da mesa.

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No fresamento concordante, a pastilha começa a cortar gerando um

cavaco de grande espessura. Isso evita o efeito de brunimento com

menos calor e o mínimo de possibilidade de encruamento por

deformação plástica. A grande espessura do cavaco é vantajosa e as

forças de corte tendem a empurrar a peça contra a fresa, mantendo a

pastilha no corte.

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As vantagens do fresamento concordante, quando comparado com o discordante, são:

• Menor desgaste e, como consequência, maior vida da ferramenta; • Melhor qualidade superficial; • Menor potência requerida para o corte; • A força resultante empurra a peça contra a mesa onde está fixada, reduzindo os efeitos de vibração.

Mas deve-se preferir o fresamento discordante nas seguintes situações:

• Quando existe folga no fuso da mesa da máquina-ferramenta; • Quando a superfície da peça tiver resíduo de areia de fundição, ou for muito irregular ou o material for proveniente de procesos de forjamento.

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Direção do fresamentoO fresamento concordante é preferível sempre que a máquina-

ferramenta, dispositivo de fixação e a peça permitirem

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Fresamento Frontal

No fresamento frontal, a superfície usinada é gerada pelo gume secundário e encontra-se normalmente perpendicular ao eixo da fresa. Ela também é plana, sem relação com o contorno dos dentes da fresa. A penetração de trabalho ae é consideravelmente maior que a profundidade de corte ap.

No fresamento frontal, ocorrem simultaneamente fresamento concordante e discordante. Tomando um dente em particular, primeiro ele se engaja em fresamento discordante. A espessura do cavaco que está se formando cresce até um valor máximo na linha que passa pelo centro da fresa e com direção igual à do avanço. A partir deste ponto o corte passa a ser concordante. A espessura do cavaco decresce até o gume sair da peça.

No caso de fresamento frontal em cheio tanto a espessura inicial e a final do cavaco são teoricamente zero.

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ae = profundidade de corte radial (mm)

(largura fresada)

ap = profundidade de corte axial (mm)

ap

ae

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Em geral, no processo de faceamento, a largura da peça

determina o diâmetro da fresa. O diâmetro da fresa não

deve ser igual a largura da peça – Normalmente,

recomenda-se um diâmetro 20 a 50% maior que a largura

da peça.

Se houver necessidade de vários passes, eles devem ser

executados de modo a criar uma relação diâmetro/largura

de aproximadamente 4/3 e não o diâmetro total em cada

passe, pois isso ajuda a garantir uma boa formação de

cavacos e uma carga adequada na aresta de corte.

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Na situação ideal, com o diâmetro da fresa bem maior que

a largura da peça, a fresa deverá sempre ser posicionada

um pouco fora do centro. O posicionamento exatamente no

centro, gera uma situação desvantajosa. As forças radiais

de igual magnitude terão variações de sentido na medida

em que as arestas de corte entram e saem do corte. O fuso

da máquina pode vibrar e se danificar, as pastilhas podem

quebrar e o acabamento superficial pode ser prejudicado.

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O diâmetro da fresa deve ser 20%-50% maior do que a largura de corte.

regra de 2/3 (p. ex.: fresa de 160 mm)• 2/3 em corte (100 mm)• 1/3 fora do corte (50 mm)

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Considerações sobre entrada e saída

Sempre que uma das pastilhas da fresa entra na peça, a

aresta de corte é submetida a uma carga-choque, que

depende da seção transversal do cavaco, do material da

peça e do tipo de corte. O tipo certo de contato inicial e

final, entre a aresta e a peça, é um aspecto importante do

processo de fresamento.

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O modo com a aresta de corte sai do material da peça é

importante. Quando o corte está próximo do fim, o resto do

material pode ceder um pouco, reduzindo a folga da

pastilha. Também, uma força de tração momentânea é

criada al longo da parte frontal da pastilha, enquanto o

cavaco sai, quase sempre dando origem a uma rebarba na

peça. Essa força de tração pode danificar a aresta de corte.

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Forças no Fresamento

Entre a peça e a ferramenta atua uma força, responsável pela deformação local de material e consequente formação de cavaco. Para simplificar o estudo dessa força, considera-se que ela atua em um único ponto localizado no gume cortante. De maneira geral, a direção e o sentido da força F são difíceis de se determinar. Por isso ela é decomposta em componentes.

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As componentes de F são identificadas por índices:

c:para a direção principal de corte;

f:para a direção de avanço;

p:para a direção passiva (perpendicular ao plano de trabalho Pf ).

A Força de Corte Fc tem o mesmo sentido e direção da velocidade de corte vc. Ela é responsável pela maior parte da potência de corte.

A Força de avanço Ff tem o mesmo sentido e direção da velocidade de avanço vf. Ela é a maior responsável pela deflexão da ferramenta.

A Força passiva Fp é a componente de F perpendicular ao plano de trabalho Pf (onde se localizam Fc e Ff ). Caso a ferramenta tenha gumes retos (kr = 90o, ls = 0o) a Fp será muito pequena em relação à Fc e Ff.

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A potência de corte Pc é a potência entregue ao gume da ferramenta e consumida na remoção de cavacos.

A potência de acionamento Pa é a potência fornecida pelo motor à máquina ferramenta. Ela difere da potência de corte pelas perdas que ocorrem por atrito nos mancais, engrenagens, sistemas de avanço, etc.

O rendimento da máquina ferramenta é definido pela razão entre Pc e Pa.

Em virtude da diversidade de estratégias de usinagem, da variação de espessura do cavaco e das diversas geometrias de ferramenta disponíveis, é muito mais difícil obter o equacionamento da força de corte no fresamento que no torneamento.

44

Ângulo de posição

A espessura do cavaco, as forças de corte e a vida útil da

ferramenta são afetadas especialmente pelo ângulo de

posição. Diminuindo-se o ângulo de posição, reduz-se a

espessura do cavaco para uma determinada faixa de

avanço e essa redução na espessura do cavaco aumenta a

quantidade de material em uma parte maior da aresta de

corte.

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Um ângulo de posição menor também resulta em uma

entrada/saída mais gradual no corte, reduzindo a pressão

radial e protegendo a aresta de corte. Entretanto, as forças

axiais maiores aumentam a pressão na peça. Hoje em dia,

os ângulos de posição mais comuns são 45, 90 e 10 graus

e os de pastilhas redondas.

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A fresa de 90 graus gera a maior parte das forças radiais,

no sentido do avanço. Isso significa que a superfície que

está sendo usinada não será submetida a mais pressão

axial, o que é bom para peças fresadas com estrutura fraca

ou paredes finas.

A fresa de 45 graus tem forças de corte radial e axial que

tem quase o mesmo valor, dando origem a uma pressão

mais equilibrada e sendo menos exigente no que diz

respeito à potência da máquina.

/49

Forças de corte e ângulo de posiçãoÂngulo de posição 90 Ângulo de posição 45 Fresas com pastilhas

redondas

Peças de paredes finas Peças de dispositivos de

fixação fracos Quando o formato de 90º

é requerido

Primeira escolha para uso geral

Vibração reduzida em longos balanços

Efeito de cavacos mais finos permite o aumento da produtividade

Aresta de corte mais robusta com indexações múltiplas

Fresa para uso geral Aumento do efeito de

afinamento dos cavacos para ligas resistentes ao calor

CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

/50

Ângulo de posição = (90º)

Peças de paredes finas

Peças com dispositivos de fixação fracos

Cantos a 90 graus

hex = fz (ae > 50% x Dc )


fz

/51

Ângulo de posição = (45º)

Primeira escolha para uso geral

Vibrações reduzidas em ferramenta com balanço longo

Efeito de cavacos mais finos permite o aumento da produtividade

fz = 1.41 x hex ( Compensação para ângulo de posição )


fz

hex

Dap

/52

45°

30°

100% da carga de cavaco

75%50%25%

Ângulo de posição = (Circular)

Aresta de corte mais robusta com indexações múltiplas

Fresa para uso geral

Aumento do efeito de afinamento dos cavacos para ligas resistentes ao calor

hex = Depende de ap

iC ap

fz =


Em pastilhas redondas, a carga de cavaco e o ângulo de posição variam com a profundidade de corte

Dcae

k1

53

Ângulos de saída e inclinação da aresta principal

54

Marcas de avanço na superfície usinada

56

O passo (u) é a distância entre dentes consecutivos da

fresa. É a distância entre um ponto da aresta de corte para

o mesmo ponto da aresta seguinte. As fresas geralmente

são classificadas como de passo largo, fino e extra fino. Os

diferentes passos influem na estabilidade da operação,

consumo de potência e adequação do material da peça.

Um passo diferencial significa um espaçamento desigual

dos dentes da fresa; e trata-se de um meio bastante eficaz

de se opor às tendências de vibração.

Passo da fresa

/60

Escolha da ferramenta para fresamento


Passo largo (-L) Passo fino (-M) Passo extra fino (-H)

Primeira escolhaEstabilidade da

operaçãoPasso da fresa

Baixo Alto

L M H

Leve (-L) Média (-M) Pesada (-H)

-L -M

Condições boas Condições médias Condições difíceis

Condições de usinagem/classes

Resistência ao desgaste

Tenacidade

-H

/61

Opções de passo

Passo largo (-L) Passo fino (-M) Passo extra fino (-H)

Primeira escolha Estabilidade da

operaçãoBaixo Alto

L M H


/62

Passo largo (-L)

Número reduzido de pastilhas.

Estabilidade limitada.

Balanço longo.

Máquinas pequenas / potência (HP) limitada.

Operações de canais em cheio profundos.

Passo diferencial.Passo largo (-L)

L


/63

Passo fino (-M)

Objetivos gerais.

Adequada para produção combinada.

Máquinas pequenas a médias.

Geralmente a primeira escolha.

Passo fino (-M)

M


/64

Passo extra fino (-H)

Alto número de pastilhas para produtividade máxima.

Condições estáveis.

Materiais com cavacos curtos

Materiais resistentes ao calor.

Passo extra fino (-H)

H


65

Seleção de passos de fresa

L M H

kW

Ferros fundidos (CMC 08)

Ligas resistentes ao calor (CMC 20)

/66

Como obter um bom acabamento superficial no fresamento

Use pastilhas Wiper para maior produtividade e melhora do acabamento superficial

Limite o avanço em 60% da fase paralela

Monte as pastilhas Wiper corretamente

Configure as pastilhas Wiper abaixo das outras pastilhas


r

bs

8.2

0.05

67

Soluções para alguns problemas comuns no fresamento

Excesso de vibração

1. Dispositivo de fixação fraco

2. Peças delgadas com paredes finas

3. Balanço de ferramenta longo

4. Fresamento de cantos a 90o com máquina de baixa

potência

5. Avanço irregular da mesa

68


Acabamento superficial insatisfatório

1. Avanço por rotação excessivo

2. Vibrações

3. Acúmulo de material nas arestas da pastilha

4. Fresamento do lado oposto

5. Peça fragmentando-se

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Quebra de pastilha no processo de fresamento

1. Espessura excessiva de cavacos na saída da fresa

2. Classe mais tenaz

70

Código das ferramentasCódigo das ferramentaspara fresamentopara fresamento

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MONITORING MACHINING PROCESS THROUGH ACOUSTIC EMISSION:

MILLING OPERATION

Monitoramento do processo de fresamento utilizando sinal de emissão acústica

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1

2

3

4

3

Acoustic Emission Map for four inserts.

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Acoustic Emission Map for eight inserts.

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2

3

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6

7

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b

2

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a

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FACE MILLING OPERATION OF AN ENGINE BLOCK

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