forças e potências na usinagem

FORÇAS E POTÊNCIAS NA USINAGEM

As forças na usinagem são consideradas como uma ação da peça sobre a ferramenta.

A Força total resultante que atua sobre a cunha cortante durante a usinagem é chamada de força de usinagem (Fu).

A princípio, nem a direção nem o sentido da força de usinagem são conhecidos, tornando-se impossível medi-la e conhecer melhor as influências de diversos parâmetros no seu valor.

Então, não se trabalha com a força de usinagem propriamente, mas com suas componentes segundo diversas direções conhecidas.

Estas componentes estão descritas a seguir.

Inicialmente, Fu é decomposta em uma componente que está no plano de trabalho, chamada de força ativa (Ft) e uma componente que está perpendicular ao plano de trabalho chamada de força passiva ou força de profundidade (Fp).



A força ativa (Ft), por sua vez, é decomposta em diversas outras:

a) Componentes da força ativa (Ft – componente de Fu no plano de trabalho)

As componentes da força ativa contribuem para a Potência de usinagem, pois estão no plano de trabalho, plano em que os movimentos de usinagem são realizados. São elas:

Força de corte (Fc) : projeção de Fu sobre a direção de corte

Força de Avanço (Ff) : projeção de Fu sobre a direção de avanço

Força de apoio (Fap) : projeção de Fu sobre a direção perpendicular à direção de avanço, situada também no plano de trabalho.


Assim, temos as seguintes equações:

(1)

Logo, (2)

Para ângulo * da direção do avanço = 90o Fap = Fc

(3)

(4)

*ÂNGULO ENTRE A DIREÇÃO DE CORTE E DIREÇÃO DE AVANÇO

22fapt FFF

22ftap FFF

22fct FFF

22ftc FFF


Força efetiva de corte Fe: é a projeção da força de usinagem Fu sobre a direção efetiva de corte.

Força Passiva ou de profundidade (Fp) : é a projeção da força de usinagem Fu sobre a direção efetiva de corte. (não contribui para Potência).

(5)

Substituindo Ft pelo seu valor dado na eq. 1 temos:

(6)

22tfp FFF

222fapup FFFF


Somente nos casos de = 90° (p.e., torneamento) vale a relação:

(7) 222fcup FFFF

POTÊNCIAS NA USINAGEM

Uma máquina-ferramenta gera potência para girar seu eixo árvore e executar o movimento de corte e o movimento de avanço:

Potência de corte:

(8) [KW]

Normalmente Fc é dado em Newton [N] e Vc em [m/min]

31060

ccc

vFP


Potência de avanço:

(9) [KW]

Onde, Vf em [mm/min].

61060

fff

vFP


Relação entre a Potência de corte e a Potência de avanço (equações 8 e 9)

(10)

Mas Vf = f.n [mm/min] e Vc = (π.d.n)/1000 [m/min], então:

(11)

No torneamento tem-se que Fc ~ 4.5. Ff

No fresamento tem-se que Ff ~ 1,2.Fc

ff

cc

f

c

vF

vF

P

P

1000

nf

nd

F

F

P

P

f

c

f

c


Potência fornecida pelo motor:

(12)

onde η é o rendimento da máquina operatriz, igual a 60 a 80%.

c

m

PP

VARIAÇÃO DAS FORÇAS DE CORTE COM AS CONDIÇÕES DE TRABALHO

A força de corte pode ser dada pela expressão:

onde Ks é a pressão específica de corte e A é a área da secção de corte

No torneamento: A = ap. f

Os fatores que influenciam a pressão específica de corte são o material da peça e a geometria da ferramenta.

AKF sc .

VARIAÇÃO DAS FORÇAS DE CORTE COM AS CONDIÇÕES DE TRABALHO

A força de corte pode ser dada pela expressão:

onde Ks é a pressão específica de corte e A é a área da secção de corte (secção do cavaco) e que depende do ângulo de posição da ferramenta χ

No torneamento: A = ap. f = b.h

Os fatores que influenciam a pressão específica de corte são o material da peça e a geometria da ferramenta.

AKF sc .

PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE

Ângulo de posição da ferramenta: χ b = largura de corte h = espessura de corte

Então, no torneamento:

b = ap/senχ e h = f. Senχ


Vários autores e instituições já propuseram fórmulas para o cálculo de Ks, dentre eles: Taylor, ASME, AWF, Hucks e Kronenberg e Kienzle.

O autor Kienzle apresentou uma fórmula suficientemente precisa para o cálculo de Ks. Nesta fórmula, Ks está em função da espessura de corte (h) e vale para todas as operações de usinagem.


A Força de corte dada por Kienzle é:

Os valores de Ks1 e 1-z são tabelados e são constantes do material usinado e esses valores dependem de vários materiais ensaiados por Kienzle.

ks1 [N/mm2]

bhkbhkF zssc 11

Exercício Em uma determinada empresa, para o torneamento de um eixo de aço 8620 cujo diâmetro d = 80 mm, usou-se uma rotação de 400 rpm, profundidade de corte ap = 1mm, avanço f = 2 mm/revolução e uma ferramenta de metal duro com um ângulo de posição (χ) em relação à peça de 60°, calcule:

a)Velocidade de corte (Vc)

b)Velocidade de avanço (Vf)

c)Espessura de corte (h)

d)Largura de corte (b)

e)Taxa de remoção de material (Q)

f)Potência de corte

g)Potência no motor da máquina ferramenta que tem um rendimento de 60%.

Dados para aço 8620: 1-z = 0,74 e Ks1 [N/mm2] = 2100

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