p.c.u - notas de aulas - aula 02 - potencia

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ENGENHARIA MECNICA - 6/7 Semestres - AULA 02

Potncias de Usinagem

Tempo e Potncia de Corte

Tempo de corte O tempo de corte um parmetro indispensvel para podermos efetuar o levantamento do custo de fabricao de uma pea. Tambm em funo dele que pode- remos realizar o planejamento e a programao da produo em funo do nmero de peas que precisam ser fabricadas e do nmero de mquinas disponveis. claro que alm do tempo de corte, necessrio incluir para estes fins os tempos de colocar e tirar a pea da mquina, ligar a mquina, os deslocamentos em vazio, as trocas de ferramentas, entre outras operaes que so necessrias para a fabricao de uma pea. Aqui trabalharemos apenas com a determinao do tempo de corte no torneamento, na furao e na fresagem. Para determinao do tempo de corte no torneamento, emprega- se a seguinte frmula:

Sendo: - TC = tempo de corte (min); - l = comprimento a ser usinado (mm); - i = nmero de passadas; - n = rotao da pea (rpm); - f = avano (mm/rot).

Exemplo: Para a usinagem da pea abaixo, deve-se trabalhar com velocidade de corte (Vc) de 200 m/min, avano (f) de 0,2

mm/rot e profundidade de corte (ap) de 3 mm.

As dimenses do material bruto so 100 mm e comprimento de 200 mm. Qual o tempo de corte necessrio para fabricar essa pea?

Dados: TC = o que queremos calcular; l = 150 mm; i = 4 passadas (a ferramenta retira 3 mm no raio da pea em cada passada); f = 0,2 mm/rot;

Substituindo essas informaes na frmula de tempo de corte temos:

Dessa forma, o tempo que a ferramenta ficar em contato com o material de 4,762min.

importante ressaltar que esse tempo no inclui os tempos de fixao da pea, troca de ferramentas, deslocamentos em vazio, etc. Quando precisamos determinar o tempo de corte para uma furao, podemos empregar a seguinte frmula:

Sendo: - TC = tempo de corte (min); - l = comprimento a ser usinado (mm); - n = rotao da broca (rpm); - f = avano (mm/rot). Exemplo: Precisamos fazer um furo passante em uma pea de 50 mm de espessura com uma broca de 10 mm de dimetro. A broca tem ngulo de ponta de 118, a velocidade de corte recomendada de 40 m/ min e o avano de 0,15 mm/rot. Qual o tempo de corte para a realizao desse furo?

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A dimenso da pea 50 mm. O comprimento da ponta da broca foi determinado por:


Assim, o tempo que a broca estar em contato com o material de 0,278min. Para determinao do tempo de corte na fresagem, emprega-se a seguinte frmula:

Sendo: - TC = tempo de corte (min); - l = comprimento a ser usinado (mm); - i = nmero de passadas; - n = rotao da fresa (rpm); - fz = avano por aresta de corte (mm/aresta); - z = nmero de arestas de corte da fresa. Exemplo: Precisa-se fresar uma face de uma pea que tem 100 mm de comprimento por 50 mm de largura. necessrio retirar 5 mm de material dessa face. Empregaremos uma fresa com dimetro 63 mm que possui 5 arestas de corte. A velocidade de corte (Vc) recomendada de 140 m/min, o avano por aresta (fz) de 0,08 mm/aresta e a profundidade de corte (ap) de 2 mm. Qual o tempo de corte necessrio para fabricar essa pea?

Aqui deve ser considerado o deslocamento do centro da fresa, conforme figura a seguir:


Desta forma, o tempo que a fresa ficar em contato com o material de 1,722min. O comprimento l a ser considerado para o clculo do tempo de corte na fresagem sempre a distncia que o centro da fresa ir percorrer. Potncia de corte A determinao da potncia para uma operao de usinagem serve para identificar se determinada mquina capaz de realizar uma operao. Da mesma forma que para o clculo do tempo, podemos determinar a potncia de corte para o torneamento, para a furao e para a fresagem. Para determinar a potncia de corte em uma operao de torneamento, pode ser empregada a seguinte frmula:

Sendo: - PC = potncia de corte (kW); - f = avano (mm/rot); - Vc = velocidade de corte (m/ min);

- ap = profundidade de corte (mm);

- ks = presso especfica de corte (N/mm).

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um dado tabelado, obtido por meio de experimentos, conforme tabela a seguir.

A espessura do cavaco calculada da seguinte forma:

Sendo: - h = espessura do cavaco (mm); - f = avano (mm/rot); - kr = ngulo de posio (graus). Exemplo: Para a usinagem de desbaste da pea abaixo, que de ao ABNT 1020, deve-se trabalhar com velocidade de corte (Vc) de 200 m/ min, avano (f) de 0,2 mm/rot e profundidade de corte (ap) de 3 mm. As dimenses do material bruto so dimetros de 100 mm e comprimento de 200 mm. A ferramenta tem o ngulo de posio (kr) de 95. Qual ser a potncia de corte nessas condies?

Dados: - PC = o que queremos calcular; - f = 0,2 mm/rot; - ap = 3mm; - Vc = 200 m/min; - kr = 95

Primeiro determinamos o valor da espessura do cavaco:

Agora, com o valor da espessura do cavaco e o material da pea, encontramos na tabela 1 o valor da presso especfica de corte, ks = 2290 N/ mm. Ento, substituindo essas informaes na frmula da potncia de corte temos:

Por meio desse clculo, pode- se dizer que a potncia de corte necessria para essa operao de desbaste de 4,58 kW. Mas essa a potncia que precisa estar disponvel para a usinagem, no levando em considerao as perdas da mquina. Para determinarmos a potncia de acionamento podemos fazer o seguinte:

Sendo: - Pa = potncia de acionamento (kW); - PC = potncia de corte (kW); - = rendimento, que atribuiremos o valor de 0,7; Ateno:

= 60% a 80% para mquinas convencionais, e

= 90% para mquinas CNC

Ou seja, a mquina precisaria ter um motor de 6,54 kW para realizar essa usinagem.

Desgaste e curva de vida da ferramenta (equao de Taylor) Vida da ferramenta o tempo que a mesma trabalha efetivamente, at perder sua capacidade de corte, dentro de

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um critrio previamente estabelecido. Atingido este tempo a ferramenta deve ser reafiada ou substituda. O percurso de corte (Lc) e o percurso de avano (Lf) para uma vida de T minutos, so dados por:

;

Os fatores que determinam a fixao de um determinado valor limite de desgaste para o fim da vida da ferramenta so vrios. A ferramenta deve ser retirada de uso quando:

a) Os desgastes atingirem propores to elevadas que se receia a quebra da aresta de corte. Isto crtico em operaes de desbaste onde, por no ser necessrias a obteno de tolerncias apertadas e bons acabamentos superficiais, permite-se que os desgastes cheguem a valores altos;

b) devido ao desgaste da superfcie de folga da ferramenta no mais possvel a obteno de tolerncias apertadas e/ ou de bons acabamentos superficiais da pea. Isto crtico em operaes de acabamento;

c) Os desgastes crescem muito, fazendo com que a temperatura da aresta cortante ultrapasse a temperatura na qual a ferramenta perde o fio de corte (a aresta de corte se decompe). Isto crtico em ferramenta de ao rpido que suportam temperaturas menores que outros materiais para ferramentas;

d) o aumento da fora de usinagem, proveniente dos desgastes elevados da ferramenta, interfere no funcionamento da mquina. Nas ferramentas de metal duro o desgaste frontal geralmente maior que o desgaste de cratera. Como o operador no conta com um rugosmetro ao lado da mquina; e como a comparao da rugosidade da pea usinada com uma pea padro que tenha a rugosidade limite estabalecida em projeto um procedimento extremamente impreciso; o operador no tem condies objetivas para decidir sobre o momento timo de troca da ferramenta; O resultado, geralmente, o grande desperdcio de ferramentas, pois dada a dificuldade que o operador encontra para estabelecer o fim da vida da ferramenta; ele o faz de uma maneira bem conservadora para no estragar a pea e no causar algum outro dano produo; A soluo para este problema est no monitoramento indireto do desgaste da ferramenta usando sensores de vibrao, de emisso acstica, de parmetros eltricos da mquina ou de fora de usinagem;

e/ ou educar o operador a fim de que ele tenha mais subsdios para poder decidir o momento da troca da ferramenta; Pires e Diniz (1996) aplicaram com sucesso, a tcnica de correlacionar o desgaste da ferramenta com o crescimento da corrente eltrica do motor de acionamento da mquina, ao qual o operador tinha acesso visual num ampermetro instalado na mquina; O percentual de arestas desperdiadas caiu de 68% para 16,6%; Fatores de Influncia no Desgaste e Vida da Ferramenta

a) Condies de Usinagem

A progresso do desgaste influenciada principalmente pela velocidade de corte, depois pelo avano e por ltimo pela profundidade de usinagem. Assim, por exemplo, a diminuio da vida da ferramenta causado por um aumento de 10% na velocidade de corte muito maior do que aquele que ocorreria se o avano fosse aumentado na mesma proporo. A velocidade de corte o parmetro que mais influencia no desgaste, pois com o aumento da mesma, aumenta a energia (calor) que imputada no processo, sem um aumento da rea da ferramenta que recebe este calor. O aumento do avano, por sua vez, tambm aumenta a quantidade de calor imputada no processo, porm tambm aumenta a rea da ferramenta que recebe este calor. A tabela adiante mostra alguns dados da vida da ferramenta para vrios avanos e velocidades de corte diferentes (Bonifcio e Diniz, 1994). O critrio de vida neste caso foi a elevao da rugosidade superficial da pea. Pode-se constatar a a grande influncia da velocidade de corte e a menor influncia do avano na vida da ferramenta.

Vida de Ferramenta (Percurso de Corte) de torneamento para Diversos Avanos e Velocidades de Corte.

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b) Geometria da Ferramenta

Uma diminuio do ngulo de posio x para mesmo avano e mesma profundidade de usinagem, acarreta uma diminuio da espessura de corte h (h = f.sen x) e ao mesmo tempo um aumento da largura de corte b ( = a/sen x).

Esta variao de x permite maior vida da ferramenta, pois resulta numa melhor distribuio da temperatura de corte num trecho da ferramenta b maior. O ngulo da ponta deve ser o maior possvel para no enfraquecer a ponta da ferramenta.

Curva de vida da Ferramenta A curva de vida de uma ferramenta um baco que fornece a vida da ferramenta em funo da velocidade de corte. Para a execuo desta curva deve-se geralmente construir em primeiro lugar grficos auxiliares, que forneam os desgastes da ferramenta para diferentes velocidades e tempos de trabalhos, em determinadas condies de usinagem do par ferramenta-pea (condies de avano, profundidade de usinagem, geometria da ferramenta, etc). A prxima figura apresenta a variao do desgaste VB em funo do tempo de usinagem com pastilhas de metal duro para diferentes velocidades de corte. De posse destas curvas, pode-se fixar o valor do desgaste (por exemplo VB = 0,8 mm) que definir a vida da ferramenta nas condies de usinagem desejadas. Obtm-se assim nesta figura, para VB = 0,8 mm os pontos m.ne o nas curvas para as diferentes velocidades de 180,144 e 128 m/min.

Determinao da Curva de Vida de uma Ferramenta;

a)Curvas de Desgaste em Funo do Tempo de Usinagem, para diferentes Velocidades de Corte, em determinadas Condies de Usinagem; b) Curva de Vida da Ferramenta para o desbaste VB = 0,8 mm;

Desgastes da Ferramenta em funo da Velocidade de Corte para um determinado

Tempo de Usinagem

A equao da curva T= f (vc) de vida da ferramenta para o trecho C da curva :

Proposta por Taylor, onde K e x so constantes do material para determinadas condies de usinagem.

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Diagrama de Taylor:

Exemplo: (Fonte - Provo 2001 Questo 7 - Eng Mecnica) A Equao Simplificada de Taylor relaciona a velocidade de corte, vT, com o tempo de vida til da ferramenta, T, atravs da

expresso: ; sendo x e K as constantes da equao. Um fabricante de ferramentas forneceu os dados apresentados na tabela para a usinagem do ao ABNT 1045, com avano de 0,3 mm/rotao, utilizando como ferramenta pastilhas de metal duro classe ISO P10. Foi adotado como critrio para fim da vida da ferramenta o desgaste de cratera.

Soluo: a) Considerando que os dados da tabela atendem Equao Simplificada de Taylor, determine as constantes x e K.

Substituindo na Equao de Taylor x = 4 e um par qualquer de valores (T, vT)

Bibliografia:

Notas de Aulas Prof. Fernando Penteado.

Desgaste e Vida da Ferramenta Cap. 7 - Prof.: Eng.

M.Sc.Antonio Fernando Mota Escola Politcnica

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