aula 15 pfi 2014 usinagem processos

4331

Processos de

Prof. Dr. Norival Ferreira dos Santos NetoDepartamento de Engenharia Mecânica - UEM

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Processos de

Fabricação I

Maringá-PR 2014

Universidade Estadual Universidade Estadual

de Maringá de Maringá -- UEMUEM

Tópico 2 – Usinagem

� Formação do cavaco

� Processos de usinagem

� Geometria, Forças e Potências de corte

� Materiais das ferramentas

� Fluidos de corte

4331 – Processos de Fabricação I

Prof. Dr. Norival Neto2

� Fluidos de corte

� Avarias e desgastes de ferramentas

� Vida da ferramenta

� Condições econômicas de usinagem

� Retificação, Furação e Fresamento

� Sobrematerial

� Usinabilidade


de Maringá de Maringá -- UEMUEM4331 – Processos de Fabricação I

AULA – 15

• Processos de Usinagem:

– Classificação


– Processos

– Máquinas-ferramenta


de Maringá de Maringá -- UEMUEMClassificação

Os Processos de Usinagem podem ser classificados em:

• Processos de usinagem - operações que

conferem à peça formas, dimensões e acabamento

requisitados em projeto, retirando material na

forma de cavaco.


Os Processos de Usinagem podem ser classificados em:

− Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida.

− Usinagem com Ferramenta de Geometria Não Definida.

− Usinagem por Processos Não Convencionais.



• Torneamento

• Fresamento

• Furação

• Aplainamento

Classificação

Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida:


• Alargamento

• Brochamento

• Serramento

(Serração)

• Rosqueamento

(Roscamento)

• Outros



Usinagem com Ferramentas de Geometria Não Definida:

• Retificação

• Brunimento

• Lapidação

• Lixamento


• Lixamento

• Limagem

• Polimento

• Jateamento

• Tamboreamento

• Outros



• Remoção térmica

• Remoção química

• Remoção eletroquímica

Usinagem por Processos Não Convencionais:

Processo de Usinagem por Eletroerosão


• Remoção por ultra-som

• Remoção por jato d'água

• OutrosProcesso de Corte

por Jato d’água


de Maringá de Maringá -- UEMUEMTorneamento

• No torneamento, a matéria prima (tarugo) tem inicialmente a forma cilíndrica.

• Na operação, a ferramenta executa movimento de translação, enquanto a peça gira em torno de seu próprio eixo.

• Abaixo, algumas das variações do processo de torneamento:


Torneamento Cilíndrico Externo

Torneamento Cilíndrico Interno

Torneamento Radial (Sangramento)



Torneamento cilíndrico externo

Torneamento de faceamento

Torneamento

Torneamento cilíndrico interno

Torneamento cônico interno

Perfilamento radial


Torneamento cônico externo

Perfilamento radial

Roscamento externo

Roscamento interno

Perfilamento radial interno

Torneamento Radial(Sangramento)

Recartilhamento



D

d

ap

n

f

Torneamento


κr

f

Área daseção docavaco

Direçãodo avanço

Ângulo de Posição da Ferramenta



• Velocidade de Corte (vc) - É definida como a velocidade instantânea de um ponto de referência da aresta cortante da ferramenta, segundo a direção e o sentido do corte.

• Velocidade de Avanço (vf) - É a velocidade instantânea da ferramenta

Torneamento

d – diâmetro da peça ou ferramenta (mm)n – rotação da peça ou ferramenta (rpm){

[m/min]

1000

d.n.vc

π

=

Para ap até 4mm, calcula-se a vc com diâmetro externo da peça.

Para ap maiores, toma-se o diâmetro médio da peça.


• Velocidade de Avanço (vf) - É a velocidade instantânea da ferramenta em relação à peça. O avanço possui grande influência sobre a rugosidade superficial (acabamento) da peça usinada.

• Profundidade de Corte (ap) - É definida como a profundidade com que a aresta principal de corte penetra no material, medida na direção ortogonal ao plano formado pelas direções de corte e avanço.

==

.d

1000.vf.f.nv

c

f

π

[mm/min] (f – avanço [mm/volta])



• Velocidades de corte (vc) em torneamento:



de Maringá de Maringá -- UEMUEMTornos

• Constituintes de um TORNO:





Guias de escorregamento:




A fixação da ferramenta de corte no porta-ferramenta influi no rendimento e na qualidade do trabalho.

Tornos



O cabeçote móvel serve de suporte ao contra-ponto, destinado a apoiar uma das extremidades da peça a ser torneada.




Placa universal: Neste tipo de acessório, as castanhas se movem simultaneamentepela ação da chave introduzida em um dos furos existentes.



Lunetas: auxiliam na

fixação de peças

compridas e delgadas,

de vão grande entre

pontos ou entre placa e

Tornos


pontos ou entre placa e

contra-ponta, evitando

que ocorram vibrações

e flexão da peça,

tornando a usinagem

possível.


de Maringá de Maringá -- UEMUEMTipos de Tornos

Tornos revolver:Sua principal característica é o emprego de várias ferramentas convenientemente dispostas e preparadas para realizar as operações de forma ordenada e sucessiva .

Torre revolver

(castelo)


(castelo)

possui forma

hexagonal ,

com uma

ferramenta em

cada uma das

pontas.



Tornos automáticos:São máquinas nas quais todas as operações são realizadas sucessivamente, uma após outra, automaticamente.





Tornos de placa:

São empregados para tornear peças curtas e de grande diâmetro (polias, volantes, rodas, etc). São variantes dos tornos horizontais e a fabricação deste tipo de tornos tem sido cada vez menor em função da evolução dos tornos verticais.




Tornos verticais:

Com eixo de rotação

vertical, são empregados

para tornear peças de

grande tamanho.

Diâmetro máximo torneável: 8.500mm

Altura máxima torneável: 2.400mm

Capacidade máxima na placa: 16ton.

Diâmetro da mesa: 3.000mm


de Maringá de Maringá -- UEMUEMMandrilamento

• Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias ferramentas de barra.

• Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam simultaneamente segundo uma trajetória determinada.

Mandrilamento Mandrilamento


Mandrilamento Cilíndrico

Mandrilamento Radial

Mandrilamento Cônico

Mandrilamento Esférico


de Maringá de Maringá -- UEMUEMMandrilamento


Mandriladora de mancais


de Maringá de Maringá -- UEMUEMFuração

• Na furação uma ferramenta multicortante (broca) executa uma cavidade cilíndrica na peça.

• O movimento da ferramenta é uma combinação de rotação e deslocamento retilíneo (ao longo do eixo do furo).




• É um dos processos de usinagem mais utilizados.

• A maioria das peças industriais tem pelo menos um furo e somente uma minoria já é fabricada com furo pronto (fundição, forjamento, etc.)

• Em geral, as peças têm que ser furadas em cheio ou terem seus furos aumentados.

• Normalmente, há a necessidade de se fazer um furo de centro (evita excentricidade).

• Processo ainda com baixo avanço tecnológico (Brocas helicoidais de Aço Rápido ainda são muito utilizadas).


Rápido ainda são muito utilizadas).

• Brocas de Metal Duro necessitam de velocidades de corte compatíveis (~200 m/min – d=10mm ⇒ RPM>6000).

Furos de precisão podem passar por processos posteriores:

– rebaixamento– alargamento– brochamento– brunimento– mandrilamento– torneamento interno– retificação interna– escariação

Broca com Incerto

Furação de Centro



• Furadeiras são máquinas que têm como função principal executar furos nos mais diversos tipos de materiais.

• Para tanto, o motor da furadeira aplica uma alta velocidade de rotação a uma ou várias brocas que serão responsáveis pela remoção de material desejada.

• Para as diferentes condições de perfuração requeridas, foram criados diferentes modelos de furadeiras.

• Antes de se escolher a furadeira ideal para o trabalho a ser realizado devem

Furação


devem

ser avaliados os seguintes aspectos:

– Forma da peça.

– Dimensões da peça.

– Número de furos a serem abertos.

– Quantidade de peças a serem produzidas.

– Diversidade no diâmetro dos furos de uma mesma peça.

– Grau de precisão requerido.



• Tipos de furação:

Execução de um furo em material cheio, ou seja, que ainda não foi furado.


Execução de furo em material previamente furado.



Furadeiras Portáteis:A força de avanço vem do operador que força a furadeira contra o material, enquanto a rotação vem de um motor da própria furadeira. As furadeiras caseiras

classificam-se como portáteis. É utilizada comumente em peças já montadas onde a posição do local a ser perfurado impede a utilização de furadeiras mais precisas.

Tipos de Furadeiras

Furadeira Manual


Furadeiras Sensitivas:Utilizada para pequenas perfurações. O avanço do mandril se dá por meio de uma alavanca que o operador faz avançar aos poucos, assim

sentindo o avanço da broca dentro do

material. Por isso leva o nome sensitiva.

furadeiras mais precisas.



Furadeiras de Bancada:

São máquinas de pequenas dimensões onde o avanço da broca é feito manualmente. O seu motor tem capacidade geralmente em torno de

Tipos de Furadeiras


capacidade geralmente em torno de 0,5 CV.



Furadeiras Múltiplas de Cabeçote Único:

Originaram-se da aplicação de cabeçotes de

vários mandris a furadeiras de coluna.

São mais úteis em peças a serem produzidas em série com necessidade de furação de muitos pontos em um ou vários planos.

Tipos de Furadeiras


Furadeiras múltiplas de

cabeçote único

Furadeiras Múltiplas de Múltiplos Cabeçotes:

Nessas furadeiras mais de um cabeçote atacam a

peça a ser perfurada, eliminando a necessidade de reposicionar e virar a peça a cada vez que o plano de perfuração for alterado.

São utilizadas para economizar tempo, uma vez que o tempo total de perfuração fica condicionado ao furo mais profundo.



Furadeiras de Árvores Múltiplas:

Úteis para trabalhos em peças que têm que passar por uma série de operações, como furar, contrapuncionar, mandrilar, alargar furos e rebaixar cônica e cilindricamente.

Tipos de Furadeiras


e cilindricamente.



Furadeiras de Coluna:

As furadeiras de coluna se caracterizam por apresentarem uma coluna de união entre a base e o cabeçote. Esse arranjo possibilita a furação de elementos com as formas mais diversificadas, singularmente e

Tipos de Furadeiras


mais diversificadas, singularmente e em série.

1 Cabeçote fixo.2 Conjunto de polias.3 Motor elétrico.4 Eixo (Árvore).5 Porta ferramenta (Mandril)6 Ferramenta (Broca).7 Mesa ajustável.8 Coluna.9 Base.



Furadeira Fresadora:

Possuem uma mesa coordenada, que permite que sejam realizadas as operações de furação e fresamento.

Tipos de Furadeiras



de Maringá de Maringá -- UEMUEMTipos de Furadeiras


Furadeiras RadiaisO sistema de cabeçote móvel elimina a necessidade de reposicionamento da peça quando se deseja executar vários furos. Pode-se levar o cabeçote a qualquer ponto da bancada, diminuindo o tempo de produção. Recomendada para peças de grandes dimensões, a serem furadas em pontos afastados da periferia.


de Maringá de Maringá -- UEMUEMAlargamento

• Uma variante da furação é o alargamento de furos, onde uma ferramenta similar à broca, porém com múltiplos gumes, remove material de um furo, aumentando seu diâmetro, ao mesmo tempo conferindo-lhe um alto grau de acabamento.

• Este é um processo típico de acabamento.


Alargamento Cilíndrico

de AcabamentoAlargamento Cônico de

Desbaste



• O processo de furação é basicamente um processo de desbaste, que gera peças com tolerâncias pobres (ISO IT11 – IT14).

• Quando são necessários melhores acabamentos superficiais ou tolerâncias mais apertadas (ISO IT7 – IT8), é necessário o uso de ferramentas que o permitam, os alargadores.

• O uso de alargadores serve para prover a furos já existentes a tolerância dimensional e o acabamento superficial desejado.




• Tipos de Alargadores:



de Maringá de Maringá -- UEMUEMTrepanação

Processo de furação em que apenas uma parte de material

compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco,

permanecendo um núcleo maciço.



de Maringá de Maringá -- UEMUEMBrunimento

• Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução, no qual todos os grãos abrasivos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça e descrevem trajetórias

helicoidais.

• Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se desloca axialmente com movimento alternativo.


Brunidora



Aplicações: furos em bielas, camisas de cilindro, tambores de freios etc.

Vantagens: curto tempo de fabricação, alta taxa de remoção, possibilidade de correção de erros de circularidade, forma e medida.

Desvantagens: não é possível corrigir um erro de posição.


erro de posição.


de Maringá de Maringá -- UEMUEMBrochamento

• Brochamento consiste no processo de usinagem mecânica com finalidade de remover material da superfície de uma peça, de forma linear e progressiva, pela ação sucessiva e ordenada dos fios de corte da ferramenta de dentes múltiplos dispostos em série, à qual denominamos brocha.

• O grau de acabamento é superior no brochamento.

• O processo é caro devido ao custo da ferramenta.


• O processo é caro devido ao custo da ferramenta.

• O brochamento pode ser interno ou externo.

Brochamento Interno



Partes Constituintes da Brocha:




Brocha

Externa


Brochas

Internas



Formação do Cavaco:

Brochamento


Alojamento incorreto do cavaco ou falta de afiação da ferramenta

aumentam o esforço do corte, causando a ruptura ou o aprisionamento

do cavaco (por falta de espaço).



Brochadeira Horizontal:

Tipos de Brochadeiras


- Força de tração.

- Possibilita trabalhos com ferramentas de grandes comprimentos.

- Montagem deve ser cuidadosa para evitar a flexão da brocha.



Brochadeira Vertical:

• Força de tração ou

compressão ou ambas.

• Brochamento interno ou

externo.

Tipos de Brochadeiras


• Indicada para locais com

pouco espaço físico.



Brochadeiras:



de Maringá de Maringá -- UEMUEMAplainamento

• Na operação de aplainamento, o corte gera superfícies planas.

• O movimento da ferramenta de corte é de translação enquanto a peça permanece estática, ou vice-versa.

• Abaixo as possíveis operações de aplainamento:


Aplainamento de Rasgos Aplainamento de Perfis Aplainamento de Ranhuras em “T”

Aplainamento de Superfícies Côncavas

Aplainamento de Guias


de Maringá de Maringá -- UEMUEMAplainamento


Plaina Limadora


de Maringá de Maringá -- UEMUEMFresamento

• Processo mecânico de usinagem que visa a obtenção de superfícies quaisquer utilizando uma ferramenta multicortante.

• Na operação de fresamento a ferramenta de corte possui vários gumes e executa movimento de giro, enquanto é pressionada contra a peça.

• A superfície usinada resultante pode ter


• A superfície usinada resultante pode ter diferentes formas, planas e curvas.

Fresamento Tangencial Fresamento Frontal Angular



O Processo de fresamento:

Combinação de dois movimentosprincipais:

O movimento de rotação da fresa e o movimento da mesa da máquina, onde a peça a ser usinada é fixada.


onde a peça a ser usinada é fixada.



Movimento Discordante:

Onde a peça é levada contra o movimento de rotação do dente da fresa.


Movimento Concordante:

Onde a peça é levada no mesmo sentido de rotação da fresa.



Tangencial (Periférico):

O eixo da fresa esta disposto paralelamente a superfície da peça.

Tipos de Fresamento


Frontal ou de Topo:

O eixo da fresa é perpendicular à superfície de trabalho.



Fresa:

É a ferramenta de trabalho multicortante que compõe a fresadora.

Tipos de Fresas:


Tipos de Fresas:

• Fresas de perfil constante;

• Fresas cilíndricas ou tangenciais;

• Fresas frontais ou de topo;

• Fresas angulares;

• Fresas para rasgos;

• Fresas de incertos intercambiáveis.



Fresas de perfil constante:

São utilizadas para abrir canais, superfícies côncavas e convexas ou gerar engrenagens .




Fresas cilíndricas ou tangenciais:

Possuem os dentes dispostos nasuperfície cilíndrica externa e assuperfícies frontais são planas eparalelas .




Fresas frontais ou de topo:

Possuem os dentes ativos nasuperfície frontal da ferramenta.

O eixo da fresa é perpendicular àsuperfície gerada.




Fresas Angulares:

São utilizadas para usinagem de perfis em ângulos, como rasgosprismáticos e encaixes do tipo rabo de andorinha.




Fresas para rasgos:

São utilizadas na construção de rasgos de chavetas e rasgos em T.




Fresa de Incertos Intercambiáveis:

São também chamadas de cabeçote de fresamento.

As pastilhas de metal duro são fixadas por parafusos, pinos ou garras, podendo ser substituídas facilmente.

Fresamento




Tipos de Fresadoras:

• Fresadora horizontal

• Fresadora vertical

• Fresadora universal


• Fresadora universal

• Fresadora copiadora

• Fresadora pantográfica

• Fresadora CNCPartes Principais de uma Fresadora



Fresadora Vertical:

Fresamento Frontal

Fresamento de guias em forma de cauda de andorinha

Tem o eixo-árvore perpendicular a mesa.


Fresamento de cantos a 90°

Fresamento de ranhuras em T

andorinha

Fresamento de canais

Faceamento



Fresadora Horizontal:

Fresamento de formas complexas

Fresamento

Fresamento de guias prismáticas

Tem o seu eixo-árvore paralelo a mesa da máquina.


Fresamento periférico ou

tangencial

Fresamento de ranhuras (chavetas)

Fresamento de ranhuras com perfil constante

Fresamento de canais

Fresamento de ranhuras e contornos

Fresamento de roscas



Fresadora Universal:• Todas as aplicações citadas anteriormente podem ser executadas na fresadora

universal.

• A fresadora universal dispõe de dois eixos-árvore, um horizontal e outro vertical.

• O eixo vertical situa-se no cabeçote, parte superior da máquina.

• O eixo horizontal localiza-se no corpo da máquina.




Fresadoras Copiadoras:Essas fresadora usinam peças a partir de um modelo.

Funcionam com dois cabeçotes: um apalpador e um de usinagem.


Fresadoras Pantográficas:

Semelhante a copiadora, porém a transmissão é coordenada manualmente pelo operador .



Fresamento por geração (Método Renânia):

A fresa e o disco de aço onde são usinados os dentes da engrenagem apresentam movimento de rotação .


Fresa caracol



Utilizam fresas semelhantes a engrenagens cilíndricas de dentes retos, apresentando cunha de corte nos dentes.

Fresamento por geração (Método Fellows):

Fresamento



de Maringá de Maringá -- UEMUEMRetificação

• Na retificação a ferramenta remove material da peça por ação de grãos abrasivos.

• A ferramenta gira em torno de seu próprio eixo além de poder executar movimento de translação. Retificação Plana


• A peça a usinar também pode movimentar-se.

• O processo é de alta precisão dimensional e proporciona grau de acabamento superior.

Retificação Interna



RETIFICADORAS:

Retificação

Prof. Dr. Norival Neto

Máquinas utilizadas para usinar peças que necessitam exatidão de medidas e elevada qualidade de acabamento de superfícies.



• quando se deseja atingir tolerâncias dimensionais superiores às obtidas com as máquinas ferramentas já

vistas.

• quando se necessita de um melhor acabamento

Situações que exigem o uso de uma retífica:

Retificação


• quando se necessita de um melhor acabamento superficial.

• para corrigir deformações geométricas, decorrentes

de outras operações de usinagem ou tratamento

térmico.



• A partir de 0,001 mm, sendo comum 0,005 mm

• Operações de desbaste: empregadas penetrações de 0,01 a 0,03 mm

• Operações de acabamento fino: 0,002 a 0,005 mm

Tolerâncias obtidas:

Retificação




Características das retificadoras:• Não é uma máquina propriamente de produção, pois o seu processamento é

lento. É mais encontrada na manutenção e ferramentaria.

• Normalmente exige um operador bem treinado e experiente.

• É o processo de fabricação mais caro, sendo que o salário dos operadores costumam ser os maiores na fábrica e a hora/máquina a mais alta.

Retificação


• A retificadora é uma máquina perigosa, exigindo procedimentos mais rigorosos de segurança.

• A atenção maior deve ser dada ao rebolo (ferramenta usada na retífica) e ao seu estado com relação a rachaduras: por serem frágeis, os rebolos devem ser protegidos de pancadas e choques e armazenados em local seco. Antes de serem usados, devem ser testados quanto a rachaduras, pelo método do som (martelo de madeira) ou pelo ultra-som.



Rebolos

Constituintes:

• Grãos abrasivos, duros e

de arestas aguçadas,

unidos por um aglutinante.

Retificação


unidos por um aglutinante.

• Os rebolos são, portanto,

ferramentas multi-cortantes,

com milhares de arestas de

corte, formadas pelos

grãos.


de Maringá de Maringá -- UEMUEMTamboreamento

• As peças são colocadas em um recipiente denominado de caçamba, normalmente revestida de borracha ou poliuretano, contento corpos abrasivos (chips abrasivos, porcelanas, inox, grãos vegetais, compostos, etc.).

• O processo pode ser auxiliado por aditivo em pó, líquido ou pasta. Estes aditivos


em pó, líquido ou pasta. Estes aditivos podem ser abrasivos ou não abrasivos e ácidos, alcalinos ou neutros.

• Uma força aplicada na caçamba, através de motovibrador ou sistema vibratório faz com que a caçamba friccione e proporcione o atrito entre o material abrasivo e as peças.

aula 15 pfi 2014 usinagem processos

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