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“Roberto Simonsen”

NOTAS DE AULAS

(Práticas de Oficina)

Data: Fev/2013

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Disciplina: Manutenção Mecânica

Semestre: 3°

Prof. L.C.Simei Página 1

Módulo: Processo de Fabricação

PROCESSOS DE USINAGEM CONVENCIONAIS

I. Introdução

Todos os conjuntos mecânicos que nos cercam são formados por uma porção de peças: eixos,

anéis, discos, rodas, engrenagens, juntas, suportes, parafusos, carcaças. Para que essas

peças sirvam às necessidades para as quais foram fabricadas, elas devem ter exatidão de

medidas e um determinado acabamento em sua superfície.

A maioria dos livros sobre processos de fabricação diz que é possível fabricar essas peças de

dois modos: sem a produção de cavacos, como nos processos metalúrgicos (fundição,

laminação, trefilação, etc), e com produção de cavacos, o que caracteriza todos os processos

de usinagem.

Na maioria dos casos, as peças metálicas fabricadas por fundição ou forjamento necessitam de

alguma operação posterior de usinagem. O que acontece é que essas peças geralmente

apresentam superfícies grosseiras que precisam de melhor acabamento.

Usinagem é um processo de fabricação que modifica a forma de uma peca através da remoção

de material. Este material removido é normalmente chamado de “cavaco", ou também,

“limalha" ou “apara".

Já segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a remoção e material sob a forma de cavaco.

O estudo da usinagem é baseado na mecânica (Atrito, Deformação), na termodinâmica (Calor) e nas propriedades dos materiais.

II. Classificação dos Processos de usinagem.

Os processos de usinagem (convencionais ou especiais), são divididos basicamente em 2

(dois) grandes grupos. São eles:

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1. Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida.

1.1. Torneamento;

1.2. Fresamento;

1.3. Furação/broqueação;

1.4. Rosqueamento;

1.5. Alargamento;

1.6. Brochamento;

1.7. Serragem;

1.8. Plainamento/aplainamento;

1.9. Outros.

2. Usinagem com Ferramenta de Geometria Não-Definida.

2.1. Retificação;

2.2. Brunimento;

2.3. Lapidação;

2.4. Lixamento;

2.5. Polimento;

2.6. Jateamento;

2.7. Tamboreamento;

2.8. Outros.

3. Usinagem Não convencional.

3.1. Remoção Térmica (Eletroerosão, LASER);

3.2. Remoção Química (Quimoerosão);

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3.3. Remoção Eletroquímica (Eletropolimento);

3.4. Remoção por Ultra-som;

3.5. Remoção por Jato d'água (FCW - Flow Cut Water);

3.6. Outros.

III. Conceitos Básicos sobre os Processos de Usinagem.

1. Ponto de Referência (p).

Nas ferramentas de barra (monocortantes), o ponto de referência ¶e um ponto genérico da

aresta cortante fixado próximo a ponta da ferramenta.

P = ponto de referência

2. Movimentos Entre a Peca e a Aresta Cortante.

Nestes movimentos a peca e considerada imóvel. São, portanto, movimentos relativos.

a) Movimento de corte.

É o movimento relativo entre a peca e a ferramenta, o qual, sem o movimento de avanço,

origina uma única remoção de cavaco durante uma volta ou curso.

b) Movimento de avanço.

E o movimento relativo entre a peca e a ferramenta que, juntamente com o movimento de

corte, origina a remoção continua ou repetida do cavaco durante varias revoluções ou cursos.

c) Movimento efetivo de corte

E o resultante dos movimentos de corte e de avanço realizados simultaneamente.

3. Movimentos Passivos.

São aqueles que não tomam parte direta na formação do cavaco:

a) Movimento de posicionamento.

E aquele no qual a ferramenta é aproximada da peça antes da usinagem.

b) Movimento de profundidade.

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É o que determina a camada de material a ser removida.

c) Movimento de ajuste.

E aquele que compensa o desgaste da ferramenta.

4. Direções dos movimentos.

a) Direção de corte

E a direção instantânea do movimento de corte.

b) Direção de avanço

É a direção instantânea do movimento de avanço.

c) Direção efetiva de corte. É a direção instantânea do movimento efetivo de corte. 5. Percursos ou Trajetos da Ferramenta sobre a Peça.

a) Percurso de corte - lc [mm] - é o espaço percorrido sobre a peca pelo “ponto de referencia" da aresta cortante segundo a direção de corte.

b) Percurso de avanço - la [mm] - é o espaço percorrido sobre a peca pela “ferramenta"

segundo a direção de avanço.

c) Percurso efetivo de corte - le [mm] - é o espaço percorrido sobre a peca, pelo “ponto de referência" da aresta cortante, segundo a direção efetiva de corte.

No torneamento:

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No fresamento cilíndrico tangencial:

No fresamento cilíndrico vertical, segue o mesmo conceito do acima, no tangencial, contudo

deve-se ainda levar em consideração o movimento de avanço na profundidade.

6. Profundidade de corte (P)

Trata-se da grandeza numérica que define a penetração da ferramenta para a realização de

uma determinada operação, possibilitando a remoção de certa quantidade de cavaco.

7. Área de corte (S)

Constitui a área calculada da secção do cavaco que será retirada, definida como o produto da

profundidade de corte (P) com o avanço (A).

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IV. Grandezas dos Processos de Usinagem.

Para que haja corte de um determinado material por meio de uma ferramenta, é necessário

que o material ou a ferramenta se movimente um em relação ao outro.

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Relações que envolvem a qualidade de uma peça usinada.

Relação das grandezas presentes no ato de usinagem de uma peça.

A. Velocidade de corte.

O modo para determinar ou comparar a rapidez desse movimento é a velocidade de corte,

representada pelo símbolo Vc.

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Velocidade de corte é, pois, o espaço percorrido pela ferramenta ou peça em uma unidade de

tempo. A Vc pode variar de acordo com:

O tipo e a dureza da ferramenta;

Resistência à tração do material a ser usinado;

Tipo de processo de usinagem a ser adotado (convencional ou automatizado);

Etapa do processo de usinagem (desbaste, acabamento).

Matematicamente a velocidade de corte é representada pela fórmula:

Nessa fórmula, Vc é a velocidade de corte, e é o espaço percorrido pela ferramenta e t é o

tempo gasto.

A velocidade de corte é, geralmente, indicada para uso nas máquinas-ferramenta e se refere à

quantidade de metros dentro da unidade de tempo (minuto ou segundo): 25 m/min (vinte e

cinco metros por minuto) e 40 m/s (quarenta metros por segundo), por exemplo.

Em algumas máquinas-ferramenta onde o movimento de corte é rotativo, por exemplo, o torno,

a fresadora e a furadeira, a peça ou a ferramenta é submetida a um movimento circular. Por

isso, a velocidade de corte é representada pelo perímetro do material ou da ferramenta (p x d),

multiplicado pelo número de rotações (n) por minuto em que o material ou ferramenta está

girando.

Matematicamente, pode-se dizer que, em uma rotação:

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Em “n” rotações:

Nessa fórmula, p é igual a 3,14 (valor constante), d é o diâmetro da peça ou da ferramenta e n

é o número de rotações por minuto.

Como o número de rotações é determinado a cada minuto, a Vc pode ser representada:

O diâmetro da peça é dado, geralmente, em milímetros. Assim, para obter a velocidade teórica

em metros por minuto, é necessário converter a medida do diâmetro em metros:

Observação: 1m = 1000 mm

Nas máquinas-ferramentas onde o movimento de corte é linear, por exemplo, na plaina,

brochadeira e serra alternativa a peça ou a ferramenta são submetidas a um movimento.

Nessas máquinas a velocidade é variável de zero até um valor máximo, porque a peça ou a

ferramenta pára nas extremidades do curso e vai aumentando a velocidade até chegar ao seu

valor máximo.

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A velocidade de corte é representada pelo dobro do curso (c) percorrido pela peça ou a

ferramenta multiplicado pelo número de golpes (n) realizados no espaço de tempo de um

minuto.

Matematicamente, isso significa que:

Matematicamente, isso significa que:

Em um golpe: Vc = 2c t

Em golpes em um minuto: Vc = 2c 1min

Em “n” golpes por minuto: Vc = 2 cn O comprimento do curso é, geralmente, apresentado em milímetros. Para obter a velocidade

em metros por minuto, deve-se converter a medida do curso em metros.

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Matematicamente:

Observação:

No cálculo da velocidade de corte para máquinas-ferramenta, como as plainas, o valor de c

(curso) é determinado pela soma do comprimento da peça mais 30 mm, que é a folga

necessária para a ferramenta entrar e sair da peça.

Verificação das Tabelas de Velocidade de Corte (a Seguir).

Para que uma ferramenta corte um material, é necessário que um se movimente em relação ao

outro a uma velocidade adequada. Para que a usinagem seja realizada com máquina de

movimento circular, é necessário calcular o número de rotações por minuto da peça ou da

ferramenta que está realizando o trabalho.

Quando se trata de plainas, o movimento é linear alternado e é necessário calcular a

quantidade de golpes por minuto. Esse tipo de cálculo é constantemente solicitado ao

profissional da área de mecânica.

As unidades de rotações e de golpes por minuto são baseadas no Sistema Internacional (SI),

expressas em 1/min ou min-1, isto é, o número de rotações ou de golpes por um minuto. As

antigas abreviações r.p.m. (rotações por minuto) e g.p.m. (golpes por minuto), estão em

desuso, porque não caracterizam uma unidade.

Assim:

1 rpm = 1/min

1 gpm = 1/min

600 rpm = 600/min

50 gpm = 50/min

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Tabela de Valores de Vc para Torneamento.

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Tabela de Valores de Vc para Brocas em Aço Rápido.

Tabela de Valores de Vc para Aplainamento.

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Cálculo do RPM (n) pela Velocidade de Corte (Vc).

Para calcular o número de rotações por minuto, seja da peça no torno, seja da fresa ou da

broca, usa-se um dado chamado de velocidade de corte. A velocidade de corte é o espaço que

a ferramenta percorre, cortando um material, dentro de um determinado período de tempo.

A velocidade de corte depende de uma série de fatores como:

Tipo de material da ferramenta;

Tipo de material da peça a ser usinada;

Tipo de operação a ser realizada;

Condições da refrigeração;

Condições da máquina etc.

A velocidade de corte é fornecida por tabelas baseadas em experiências práticas (dados

empíricos) que compatibilizam o tipo de operação com o tipo de material da ferramenta e o tipo

de material a ser usinado.

Cálculo de Rotações (n) para Torneamento.

Para calcular a rotação (nr) em função da velocidade de corte, usa-se a seguinte fórmula:

Nesta fórmula, nr é o número de rotações; Vc é a velocidade de corte; d é o diâmetro do

material e p é 3,1416 (constante).

Como o diâmetro das peças é dado em milímetros e a velocidade de corte é dada em metros

por minuto, é necessário converter milímetros em metros. Por isso, o fator 1000 é usado na

fórmula de cálculo.

Observando a fórmula, é possível perceber que os valores 1000 e 3,1416 são constantes.

Dividindo-se esses valores, temos:

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A aproximação neste caso é necessária para facilitar os cálculos e se justifica porque a

velocidade de corte é baseada em experiências práticas e a gama de rotações das máquinas

operatrizes normalmente é fixa.

Cálculo de Rotações (n) para Furação e Fresamento.

Para realizar as operações de fresamento e furação, a fórmula para o cálculo do número de

rotações é a mesma, devendo-se considerar em cada caso, o diâmetro da ferramenta (fresa ou

broca).

B. Avanço (A)

O avanço, por definição, é a velocidade de deslocamento de uma ferramenta em cada volta de

360° de uma peça (avanço em mm/rotação), conforme figura a esquerda, ou por unidade de

tempo (avanço em mm/minuto), conforme figura a direita:

A escolha do avanço adequado deve ser feita levando-se em consideração o material, a

ferramenta e a operação que será executada na usinagem. Os fabricantes de ferramentas

trazem em seus catálogos os avanços adequados, já levando em consideração as variáveis

acima citadas, testadas em laboratório. Ilustrativamente, apresentaremos alguns valores no

Quadro 2, que foi confeccionada em laboratório, após vários testes realizados, e leva em

consideração o grau de rugosidade em relação ao avanço e raio da ponta da ferramenta,

facilitando o estabelecimento do avanço adequado nas operações de torneamento.

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C. Potência de Corte (Pc)

Potência de corte é a grandeza despendida no eixo-árvore para a realização de uma

determinada usinagem. É um parâmetro de corte que nos auxilia a estabelecer o quanto

podemos exigir de uma máquina-ferramenta para um máximo rendimento, sem prejuízo dos

componentes dessa máquina, obtendo- se assim uma perfeita usinabilidade.

É diretamente proporcional à velocidade de corte (Vc) e à força de corte (Fc).

D. O rendimento (η)

Geralmente, em máquinas novas, tem-se um rendimento entre 70% e 80% (0,7 a 0,8). Em

máquinas usadas, um rendimento entre 50% e 60% (0,5 a 0,6). O rendimento é uma grandeza

que leva em consideração as perdas de potência da máquina por atrito, transmissão, entre

outras.

Quando se deseja obter a potência de corte (Pc) em kW (quilowatt), basta transformar a

unidade (da Pc que é CV) pela relação:

A fórmula apresentada, na prática, é a mais utilizada, pois sempre é fornecida a potência

nominal da máquina.

V. Tempo de Fabricação.

O tempo de fabricação abarca desde o começo até a entrega do produto de uma tarefa que

são tenha sofrido interrupção anormal em nenhuma de suas etapas.

O tempo de fabricação engloba tempos de características diferentes, dentre os quais consta o

tempo de usinagem propriamente dito, tecnicamente chamado tempo de corte (Tc).

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Senão, vejamos: preparar e desmontar a máquina se faz uma única vez por tarefa; já o corte

se repete tantas vezes quantas forem as peças.

Fixar, medir, posicionar resulta em tempo de manobra, operações necessárias, mas sem dar

progresso na conformação da peça. Também podemos ter desperdícios de tempo ocasionados

por quebra de ferramentas, falta de energia etc.

A. Tempo de corte (Tc)

Também chamado tempo principal, é aquele em que a peça se transforma tanto por

conformação (tirar material) como por deformação. Nesta unidade só trataremos do cálculo do

tempo de corte (Tc) em que a unidade usual e adequada é o segundo ou o minuto.

Cálculo do Tempo de Corte (Tc)

Inicialmente, antes de vermos o tempo de corte propriamente dito, vamos recordar como se

processa o cálculo do tempo em física.

O tempo (t) necessário para que um objeto realize um movimento é o quociente de uma

distância S (comprimento) por uma velocidade V. Se pensarmos no nosso trabalho,

especificamente, o tempo para que a ferramenta execute um movimento está representando na

equação.

VI. Velocidade Econômica de Corte

É a velocidade tal que o custo de fabricação seja mínimo. Para determiná-la e necessário

calcular os custos de produção.

Para cada peca fabricada tem-se o seguinte custo:

Onde:

Cp é o custo de produção ou custo total de fabricação.

Cc é o custo que independe da velocidade de usinagem, e e proporcional ao numero de

pecas fabricadas. Inclui o custo da matéria-prima, energia elétrica, manutenção, controle de

qualidade etc.

Cuf é o custo das ferramentas por peca fabricada.

Cum é o custo da maquina, onde se leva em consideração a depreciação da maquina e de

seus acessórios ao longo do tempo, ou se for o caso, o aluguel do equipamento etc.

Cus é o custo da mão-de-obra, onde são considerados os gastos com salários,

indenizações, férias, gratificações, 13° salário, etc.

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