projeto e construção de um dispositivo para medição de...

UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

ENGENHARIA MECÂNICA – AUTOMAÇÃO E SISTEMAS

ANDRÉ SOLDERA SILVA

FELIPE BIANCO PAZ

LEONARDO HENRIQUEZ RODRIGUES

ROGÉRIO APARECIDO ROSA

Projeto e construção de um dispositivo para medição de força de corte em

processo de torneamento cilíndrico.

Itatiba

2014

ii


FELIPE BIANCO PAZ





Monografia apresentada ao curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas da Universidade São Francisco como trabalho de conclusão de curso.

Orientador: Prof. Dr. Fernando César Gentile

Itatiba

2014

iii




FELIPE BIANCO PAZ



Monografia defendida e aprovada em 09 de dezembro de 2014

pela Banca Examinadora assim constituída:

Professor Doutor Fernando César Gentile

USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.

Professor Mestre Paulo Eduardo Silveira


Professor Mestre Renato Franco Camargo


iv

AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Professor Doutor Fernando Cesar Gentile que, na época

como orientador do curso de Engenharia Mecânica, nos recebeu na Universidade

São Francisco com toda atenção e dedicação, foi nosso professor e nesse momento

é nosso orientador e assim tem nos auxiliado incontáveis vezes com muita

paciência, conhecimento e amizade.

Agradecemos ao professor mestre Paulo Eduardo Silveira pela referência

como professor e profissional, e pela postura que nos motivou a enfrentar os

obstáculos existentes no período de desenvolvimento deste trabalho.

Agradecemos aos colaboradores da Universidade São Francisco, João

Rondon e João Antônio Baptista por todo o auxilio prestado ao grupo e pela

disposição em nos ajudar sempre que foi necessário.

Agradecemos a todos nossos amigos e professores da Universidade São

Francisco que foram companheiros de percurso e pivôs de toda nossa experiência

acadêmica.

Agradecemos de coração à nossa família e amigos que estiveram sempre

ao nosso lado.

Agradecemos a todos.

v

Sumário

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................... 12

1.1. Objetivo ........................................................................................... 13

1.2. Justificativas .................................................................................... 13

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................. 14

2.1. Conceito de usinagem .................................................................... 14

2.1.1. Movimentos de usinagem .......................................................... 14

2.1.2. Movimentos ativos de usinagem ................................................ 14

2.1.3. Movimentos passivos de usinagem ........................................... 16

2.2. O torno mecânico ............................................................................ 17

2.2.1. Processo de torneamento .......................................................... 19

2.3. Parâmetros de usinagem em processo de torneamento cilíndrico .. 20

2.3.1. Velocidade de corte ................................................................... 20

2.3.2. Velocidade de avanço ................................................................ 20

2.4. Força de usinagem no torneamento cilíndrico ................................ 21

2.4.1. Força de Corte em torneamento cilíndrico ................................. 22

2.5. Carregamento transversal de vigas ................................................ 23

2.6. Deflexão de vigas por integração .................................................... 24

2.6.1. Inclinação e deslocamento pelo método da integração direta. .. 25

2.7. Células de carga ............................................................................. 26

2.7.1. Célula de carga tipo barra engastada ........................................ 26

3. METODOLOGIA .................................................................................... 29

3.1. O Dispositivo de Medição de Força de Corte .................................. 29

3.2. Aquisição de Dados ........................................................................ 32

3.3. Calibração ....................................................................................... 34

3.4. Ensaios de Validação do Dispositivo .............................................. 37

4. RESULTADOS ...................................................................................... 39

vi

5. CONCLUSÃO ........................................................................................ 45

6. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................... 46

vii

Lista de Figuras

Figura 1 - Torneamento em peças cilíndricas, movimento de avanço e

movimento de corte. [http://www.bibliotecadigital.unicamp.br]. ................................. 15

Figura 2 - Figura de um torno universal

[http://www.clarkmachine.com.br/2011/tornos]. ......................................................... 17

Figura 3 - Demonstração das partes que contemplam o torno universal

[FREIRE,1978]. ......................................................................................................... 18

Figura 4 - Forças de usinagem em operação de torneamento

[FERRARESI,1977]. .................................................................................................. 21

Figura 5 - Viga engastada. [BEER, F.P. e JOHNSTON, JR, 1995, p.480]. .. 23

Figura 6 - Célula de carga do tipo barra engastada [ISMAIL,2009]. ............. 27

Figura 7 - Torno Romi Tormax 20A utilizado para realização dos ensaios do

dipositivo [Fonte:Própria]. .......................................................................................... 29

Figura 8 - Porta ferramentas. [Fonte:Própria]. .............................................. 30

Figura 9 - Espectrofotômetro Bruker Q4 Tasman[Fonte:Própria]. ................ 31

Figura 10 - Posicionamento dos Extensômetros. [Fonte: Propria] ................ 32

Figura 11 - Diagrama de blocos realizado no software Labview.

[Fonte:Própria]. .......................................................................................................... 33

Figura 12 - Montagem do dispositivo durante a calibração. [Fonte:Própria]. 34

Figura 13 - a) Dispositivo carregado com peso de 10 kgf; b) Dispositivo

carregado com peso de 20 kgf; c) Dispositivo carregado com peso de 30 kgf.

[Fonte:Própria]. .......................................................................................................... 35

Figura 14 - a) Curva Força x Tempo para 10 kgf; b) Curva Força x Tempo

para 20 kgf; c) Curva Força x Tempo para 30 kgf [Fonte:Própria]. .......................... 36

Figura 15 - Dispositivo em posição de usinagem. [Fonte: Própria]. .............. 37

Figura 16 - Curva Força x Tempo a partir do ensaio 01. .............................. 39

Figura 17- Curva Força x Tempo a partir do ensaio 02. ............................... 40






viii

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Parâmetros de usinagem utilizados nos ensaios de validação do

dispositivo.................................................................................................................. 38

Tabela 2 – Tabela comparativa entre forças de corte teóricas e empíricas. . 44

ix

Lista de Apêndices

APÊNDICE A – Cálculos de parâmetros de usinagem. ................................ 47

x

RESUMO

Perante a atual situação de competitividade do mercado se faz necessário a

otimização do processo para de alguma forma reduzir custos. Atualmente grande

parte das instituições de ensino superior forma profissionais com uma pequena

parcela do conhecimento acadêmico conquistado através de atividades práticas.

Assim, o presente trabalho mostra o desenvolvimento de um dispositivo para

medição de força de corte em um processo de torneamento cilíndrico. Este

dispositivo tem finalidade acadêmica e possibilita ao estudante comparar um

resultado proveniente da literatura com o resultado instantâneo apresentado por um

software. Basicamente o mecanismo se resume na transformação do resultado da

deflexão de uma viga causada pela força de corte em um sinal de tensão.

Palavras-chave: Dispositivo - Torneamento Cilíndrico.

xi

ABSTRACT

In these days with the business competition situation, the processes are

being optimized in a way to reduce costs. Currently the big part of the collages

graduates professionals with little academic knowledge achieved by practical

activities. It was developed with this academic work a device to measure the cutting

force in a process of cylindrical lathing. This device has academic purpose and

allows the student to compare a result from the literature with the instant result

presented by the software. Basically the mechanism is summed in the transformation

of beam deflection caused by the cutting force in voltage signal.

Key-words: Device - Cylindrical Lathing.

12

1. INTRODUÇÃO

Proporcional ao crescimento da competição industrial no mundo,

independente do segmento de mercado, está a necessidade de desenvolvimento de

métodos e processos industriais mais avançados. Porém, para que seja possível

melhorar um processo é necessário ter um amplo conhecimento sobre suas etapas,

estudando a fundo todas as variáveis de forma que permita-se obter uma visão

panorâmica do processo e assim criar uma condição de atacar um ponto a ser

melhorado de forma fundamentada e eficiente.

Entre os processos que apresentam variáveis de estudo para melhoria, a

usinagem é o que apresenta maiores desafios, uma vez que nele estão envolvidos

diversos fatores e parâmetros que devem ser definidos cuidadosamente para obter-

se um desempenho ideal com relação a tempo de fabricação, vida útil da

ferramenta, esforços de corte, temperatura da ferramenta, características do cavaco

entre outros.

Os parâmetros de usinagem são definidos baseados em cálculos

estabelecidos pela literatura específica, e é confiando neles que acredita-se que a

peça esta sendo produzida nas condições ideais para o melhor desempenho da

máquina, máxima vida útil da ferramenta, menor tempo de produção e todos outros

fatores envolvidos.

Promovendo a interação entre a forma teórica de definição dos parâmetros

de usinagem e as condições reais do processo será apresentado nesse trabalho a

concepção de um dispositivo para a medição dos esforços de corte em operações

de torneamento cilíndrico com material conhecido.

Durante este estudo, foi analisada a força de corte real aplicada na

ferramenta, comparando-a com a força teórica calculada através dos métodos

tradicionais. O intuito desta análise foi validar o dispositivo para que este possa ser

utilizado como ferramenta didática de medição de força de corte em torneamento

cilíndrico em aulas práticas de usinagem.

13

1.1. Objetivo

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um dispositivo para

medição da força de corte em torneamento cilíndrico.

1.2. Justificativas

Como qualquer ajuste no processo de fabricação pode impactar em uma

enorme lucratividade para a organização, melhorar o entendimento dos parâmetros

de processo é fundamental na formação de um bom profissional hoje em dia.

Tendo em vista o cenário acadêmico atual e sua didática sobre conceitos de

usinagem, foi desenvolvido este estudo indicado no corpo do trabalho por se notar a

necessidade de uma ferramenta acadêmica que permitisse a aplicação dos

conhecimentos de usinagem adquiridos durante o curso de engenharia mecânica e

que permitisse a comparação entre as forças teóricas de corte em torneamento

cilíndrico e as forças reais que ocorrem durante a operação.

14

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Conceito de usinagem

Como operação de usinagem, pode-se entender aquelas que, ao conferir à

peça a forma, ou as dimensões ou acabamento, ou ainda uma combinação qualquer

destes três itens, produzem cavaco. [FERRARESI, 1977].

Cavaco é a quantidade de material da peça retirada pela ferramenta, e

apresenta forma geométrica irregular. Estão envolvidos no mecanismo de formação

do cavaco alguns fenômenos particulares como recalque, a aresta postiça do corte,

a caracterização na superfície de saída da ferramenta e a formação periódica de

cavaco, que tem como fatores de influência a determinação do campo de variação

da velocidade do corte.

Sintetizando a definição de usinagem chega-se à conclusão que: é um

processo mecânico que produz a peça final por meio da remoção de material da

matéria prima (cavaco) através de ferramentas cortantes.

2.1.1. Movimentos de usinagem

Para entender mais sobre o conceito de usinagem é fundamental conhecer

os movimentos na usinagem.

Os movimentos entre a ferramenta e a peça durante a usinagem são

aqueles que permitem a ocorrência do processo de usinagem. Conhecer esses

movimentos é importante na fase de projeto, uma vez que para definir as máquinas

e ferramentas para o processo, essas informações são fundamentais. Estes

movimentos são classificados em dois tipos: os ativos e os passivos.

2.1.2. Movimentos ativos de usinagem

Os movimentos ativos são aqueles que promovem a remoção de material,

como por exemplo: movimentos de corte e movimentos de avanço.

Movimento de corte é o movimento que ocorre entre a ferramenta e a peça

que, por consequência, promove remoção do material (cavaco), durante uma

15

rotação ou um curso da ferramenta, ou seja, origina somente uma remoção do

cavaco.

Movimento de avanço é o movimento que, juntamente com o movimento de

corte, possibilita uma remoção contínua ou repetida do material durante várias

rotações ou cursos da ferramenta.

Movimento de penetração é o movimento que determina a profundidade de

corte ao empurrar a ferramenta em direção ao interior da peça e assim regular a

profundidade do passe e a espessura do cavaco

Movimento efetivo de corte é o movimento entre a ferramenta e a peça, a

partir do qual resulta o processo de usinagem. Quando o movimento de avanço é

contínuo, o movimento efetivo é a resultante da composição dos movimentos de

corte e avanço.

Figura 1 - Torneamento em peças cilíndricas, movimento de avanço e movimento de corte.

[http://www.bibliotecadigital.unicamp.br].

16

2.1.3. Movimentos passivos de usinagem

Os movimentos passivos são aqueles que não promovem remoção do

material ao ocorrerem, mesmo assim são fundamentais para a realização do

processo de usinagem. [FERRARESI, 1977].

Os movimentos passivos são:

Movimento de ajuste:

O movimento de ajuste é o movimento que determina a espessura da

camada do material a ser usinado.

Movimento de Correção:

O movimento de correção é empregado para compensar operações de

movimento devido, por exemplo, ao desgaste da ferramenta, variações térmicas,

deformações plásticas entre outras, que normalmente incidem durante a ocorrência

do processo.

Movimento de recuo:

É o movimento entre a ferramenta e a peça, no qual a ferramenta, após a

usinagem, é afastada da peça.

Os movimentos ativos e os movimentos passivos são importantes, pois sua

soma resulta no tempo de fabricação da peça.

17

2.2. O torno mecânico

O torno mecânico é a mais antiga e mais importante das máquinas-

ferramenta. É geralmente considerado como a máquina-ferramenta fundamental

porque dele tem derivado todas as outras máquinas. [FREIRE,1978].

O torno executa qualquer espécie de superfície de revolução, uma vez que a

peça que se trabalha tem o movimento principal de rotação, enquanto a ferramenta

possui um movimento de avanço e translações. Com essa característica, é permitido

usinar qualquer peça que deva ter seção circular e qualquer combinação de tais

seções. Com ele usinam-se peças como eixos, polias, pinos e todas as espécies de

peças roscadas. Além de tornear superfícies cilíndricas externas e internas, o torno

poderá usinar superfícies planas no topo das peças, facear, abrir rasgos ou entalhes

de qualquer forma, ressaltos e golas, superfícies cônicas, esféricas e perfiladas. O

processo de usinagem que utiliza o torno é chamado de “torneamento”.

O torno mais simples que existe é o torno universal. Conhecendo seu

conceito, é possível entender o funcionamento de todos os outros, por mais

sofisticados que sejam.

Figura 2 - Figura de um torno universal [http://www.clarkmachine.com.br/2011/tornos].

18

Dessa forma, basicamente todos os tornos, respeitando suas variações de

dispositivos ou dimensões exigidas em cada caso, são compostos das seguintes

partes:

Corpo da máquina: barramento, cabeçote fixo e móvel, caixas de mudança

de velocidade.

Sistema de transmissão de movimento do eixo: motor, polia, engrenagens,

redutores.

Sistemas de deslocamento da ferramenta e de movimentação da peça em

diferentes velocidades: engrenagens, caixa de câmbio, inversores de marcha, fusos,

vara etc.

Sistemas de fixação da ferramenta: torre, carro porta-ferramenta, carro

transversal, carro principal ou longitudinal e da peça: placas, cabeçote móvel.

Comandos dos movimentos e das velocidades: manivelas e alavancas.

Dos componentes citados acima, os principais estão ilustrados na figura 3.

Figura 3 - Demonstração das partes que contemplam o torno universal [FREIRE,1978].

19

A – Placa

B – Cabeçote Fixo

C – Caixa de Engrenagem

D – Torre porta Ferramentas

E – Carro Transversal

F – Carro Principal

G – Barramento

H – Cabeçote Móvel

I – Carro Porta Ferramentas

2.2.1. Processo de torneamento

Leva o nome de torneamento o processo mecânico de usinagem destinado a

obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas

monocortantes. [FREIRE, 1978].

Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a

ferramenta se desloca simultaneamente seguindo uma trajetória coplanar com o

referido eixo.

Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo.

Torneamento retilíneo é o processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca

seguindo uma trajetória retilínea. Podendo ser: torneamento cilíndrico, torneamento

cônico, torneamento radial ou perfilamento.

Torneamento curvilíneo é o processo de torneamento no qual a ferramenta

se desloca seguindo uma trajetória curvilínea.

As operações de torneamento ainda podem ser classificadas em

torneamento de desbaste e torneamento de acabamento. Torneamento de desbaste

é a operação de usinagem anterior a de acabamento, visando obter na peça a forma

e dimensões próximas das finais. Torneamento de acabamento é quando as

operações da usinagem são destinadas a obter a peça com as dimensões finais e

com bom acabamento superficial, seguindo as especificações e as tolerâncias

geométricas especificadas em projeto.

20

2.3. Parâmetros de usinagem em processo de torneamento cilíndrico

2.3.1. Velocidade de corte

Para operações do tipo torneamento, a velocidade de corte é a velocidade

tangencial instantânea resultante da relação da ferramenta em torno da peça, onde

os movimentos de corte e avanço ocorrem concomitantemente. [DINIZ, 2000].

Para o torneamento, a velocidade de corte é calculada por:

𝑽𝒄 =𝝅. 𝒅. 𝒏

𝟏𝟎𝟎𝟎 (𝑬𝒒. 𝟏)

Onde:

Vc = Velocidade de Corte [m/min]

d = diâmetro da peça [mm]

n = Rotação do torno [rpm]

2.3.2. Velocidade de avanço

Em operações de usinagem do tipo torneamento, o cálculo da velocidade de

avanço é o produto do avanço pela rotação do torno. [DINIZ, 2000]. Esta é dada por:

𝑽𝒂 = 𝒂. 𝒏 =𝟏𝟎𝟎𝟎. 𝑽𝒄

𝝅. 𝒅. 𝒂 (𝑬𝒒. 𝟐)

Onde:

a = Avanço [mm/volta]

Va = Velocidade de Avanço [mm/min]

21

2.4. Força de usinagem no torneamento cilíndrico

Chama-se de força de usinagem (Fu) a força total resultante que uma peça

exerce sobre a ferramenta durante um processo de usinagem. [DINIZ ,2000].

Para que se possa calcular a força de usinagem, uma vez que não se

conhece a direção e sentido, essa é decomposta de acordo com a norma DIN 6584,

para que se utilizem apenas suas componentes e não a força propriamente dita.

A força ativa, componente da força de usinagem no plano tangente à peça e

perpendicular à ferramenta é decomposta em força de corte (Fc), que se trata de

uma projeção da força de usinagem sobre a direção de corte, e força de avanço

(Fa), que é uma projeção da força de usinagem sobre a direção de avanço, como se

observa na figura 4. [DINIZ ,2000].

A Fc é a força que o material exerce sobre a área de corte da ferramenta

durante o processo de torneamento cilíndrico. Esta força é exercida

perpendicularmente à ferramenta e na direção tangente a peça usinada, enquanto a

Fa é a força que o material exerce na ferramenta na direção do eixo de simetria da

peça, no sentido oposto ao de avanço.

Figura 4 - Forças de usinagem em operação de torneamento [FERRARESI,1977].

22

Todas as componentes de Fu chamadas de forças ativas influenciam

diretamente na potência de usinagem, ao contrário da componente passiva situada

no plano perpendicular ao plano das forças ativas, que não contribui para a potência

de usinagem. [FERRARESI, 1977].

2.4.1. Força de Corte em torneamento cilíndrico

Para o cálculo de Fc, primeiramente deve-se definir a pressão específica de

corte (Ks), que consiste na força de corte para cada unidade de área da secção

cortada. Define-se Ks a partir da relação entre uma constante do material Cw,

definida experimentalmente e registrada na forma de tabela e o avanço elevado a

0,477, de acordo com a seguinte expressão. [FERRARESI, 1977].

𝐾𝑠 = 𝐶𝑤

𝑎0,477 (𝐸𝑞. 3)

Onde,

Cw= Constante do material.

a = avanço da ferramenta.

Definida Ks, deve-se então calcular a área da seção de corte, considerando

a profundidade de corte e o avanço da ferramenta como indicado na expressão

seguinte.

𝑠 = 𝑝 ∗ 𝑎 (𝐸𝑞. 4)

Onde,

p = profundidade de corte

a = avanço da ferramenta.

Tendo em mãos a pressão específica de corte e a área da secção de corte,

calcula-se a força de corte considerando a seguinte expressão:

𝐹𝑐 = 𝐾𝑠 ∗ 𝑠 (𝐸𝑞. 5)

23

Onde:

𝑠 = área da secção de corte [mm²]

𝐾𝑠 = pressão específica de corte [kgf/mm²]

2.5. Carregamento transversal de vigas

Vigas são elementos estruturais projetados para suportar cargas aplicadas

perpendicularmente a seus eixos longitudinais. Devido a carregamentos exteriores,

são desenvolvidos momentos fletores e forças cortantes no seu interior. [HIBBLER,

2004, p.425].

Considerando uma viga em balanço AB, cuja extremidade B está fixa e à

extremidade A em balanço sujeita a uma força P (Figura5a). Supõe-se que a viga

tem um plano vertical longitudinal de simetria e a força P seja aplicada neste plano.

Pode-se então determinar uma dada região onde passará a seção transversal C e

considerar o ponto de equilíbrio formado por AC (Figura5b).

Verifica-se que as forças internas que atuam em AC devem ser equivalentes

a força cortante V de intensidade V = P, e a um Momento M de valor M = P*x, cujo x

é a distancia entra a extremidade livre A e a seção transversal C.

Figura 5 - Viga engastada. [BEER, F.P. e JOHNSTON, JR, 1995, p.480].

Por meio de análise da figura 5, verificando as forças elementares, normais

e cortantes, pôde-se escrever as seguintes equações:

24

∑𝐹𝑦 = −𝑉 → ∫ 𝜏𝑥𝑦𝑑𝐴 = −𝑉(𝑬𝒒. 𝟔)

∑𝐹𝑥 = 0 → ∫ 𝜏𝑥𝑦𝑑𝐴 = 0 (𝑬𝒒. 𝟕)

A primeira relação acima mostra que vão existir tensões verticais de

cisalhamento em qualquer seção transversal da viga em estudo, e que as tensões

serão negativas, isto é, dirigidas para baixo. A segunda relação indica que a tensão

média de cisalhamento horizontal em qualquer seção da barra será nula.

2.6. Deflexão de vigas por integração

O interesse da determinação da máxima deflexão em uma viga sujeita a um

carregamento transversal está no fato de que as especificações do projeto de uma

viga podem incluir um máximo valor admissível para esta deflexão. [BEER, F.P. e

JOHNSTON, JR, 1995].

Uma viga prismática sujeita à flexão pura se encurva tomando forma de um

arco de circunferência e que, dentro do regime elástico, a curvatura da superfície

neutra pode ser expressa por:

1

𝜌=

𝑀

𝐸𝐼 (𝑬𝒒. 𝟖)

Onde:

P = raio da curvatura em um ponto especifico da curva elástica (1/ρ seria a

própria curvatura).

M = momento fletor interno da viga no ponto em que ρ deve ser determinado

E = módulo de elasticidade.

I = momento de inércia da viga calculado em torno do eixo neutro.

Quando uma viga fica submetida ao carregamento transversal, a

Equação 1 permanece válida para qualquer seção transversal dentro das condições

de aplicação do princípio de Saint-Venant. [BEER, F.P. e JOHNSTON, JR, 1995].

25

2.6.1. Inclinação e deslocamento pelo método da integração direta.

A linha elástica de uma viga é expressa matematicamente como y=f(x).

Para obter esta equação devemos primeiro representar a curvatura (1/ρ) em

termos de v e x. Portanto:

1

𝜌=

𝑑²𝑣 𝑑𝑥²⁄

[1 + (𝑑𝑣 𝑑𝑥)²⁄ ]3/2 =

𝑀𝐸𝐼

(𝑬𝒒. 𝟗)

Substituindo na equação 3,

𝑑²𝑣 𝑑𝑥²⁄

[1 + (𝑑𝑣 𝑑𝑥)²⁄ ]3/2 =

𝑀𝐸𝐼

(𝑬𝒒. 𝟏𝟎)

Essa equação representa uma equação infinitesimal não linear de segunda

ordem e sua solução dá a forma exata da linha elástica. A fim de facilitar a solução

de números maiores de problemas de deflexão, a equação 10 pode ser modificada e

pode ser escrita de acordo com a equação 11. [HIBBLER, 2004, p.425].

𝑑²𝑣

𝑑𝑥² =

𝑀𝐸𝐼

(𝑬𝒒. 𝟏𝟏)

Utiliza se estas equações para determinar o momento fletor, força cortante e

carga distribuída em uma viga, e para seu equacionamento utilizam se as seguintes

variáveis:

y = deformação da linha elástica

θ = 𝜃 = 𝑑𝑦

𝑑𝑥 = y’ = declividade da linha elástica

M = -EI𝑑²𝑦

𝑑𝑥² = -EIy’’ (𝑬𝒒. 𝟏𝟐)

Q = 𝑑𝑀

𝑑𝑥=

𝑑

𝑑𝑥

𝑑 (𝐸𝐼𝑑2𝑦)

𝑑𝑥² = (EIy”) (𝑬𝒒. 𝟏𝟑)

𝜔 = 𝑑𝑄

𝑑𝑥=

𝑑²

𝑑𝑥²

𝑑 (−𝐸𝐼𝑑2𝑦)

𝑑𝑥² = (EIy”)” (𝑬𝒒. 𝟏𝟒)

26

O sinal dependerá do sentido da carga

Portanto, quando EI seja constante, obtêm se as equações de deformação

das vigas carregadas

𝐸𝐼 𝑑²𝑦

𝑑𝑥²= 𝑀(𝑥) – equação do momento fletor (𝑬𝒒. 𝟏𝟓)

𝐸𝐼 𝑑³𝑦

𝑑𝑥³= 𝑄(𝑥) – equação da força cortante (𝑬𝒒. 𝟏𝟔)

𝐸𝐼 𝑑⁴𝑦

𝑑𝑥⁴= 𝜔(𝑥) – equação da carga distribuída (𝑬𝒒. 𝟏𝟕)

Além das equações diferencias, devem ser consideradas as condições de

contorno, as quais são próprias para cada tipo de apoio. Uma viga engastada

apresenta deslocamento vertical nulo (y = 0) e rotação nula (𝑑𝑦

𝑑𝑥= 0). [PINTO, 2002].

2.7. Células de carga

Célula de carga é um transdutor de força que mede as aplicações de carga

no material, mudança de pressão e deformação. É muito utilizada por ser precisa e

muito versátil em relação ao tamanho e faixa de cargas suportadas.

Os transdutores que medem a força, torque ou pressão usualmente contém

um membro elástico que converte as grandezas mecânicas como deflexão ou

deformação em um sinal elétrico. Um sensor de deflexão ou um conjunto de

extensômetros é então usado para produzir um sinal elétrico proporcional à força,

torque ou pressão conforme o caso. As características do transdutor, tais quais,

faixa de atuação, linearidade e sensitividade, são determinadas pelo tamanho e

forma do elemento elástico. [ISMAIL, 2009].

2.7.1. Célula de carga tipo barra engastada

Célula de carga do tipo barra engastada é geralmente usada para medição

de cargas pequenas. Uma barra engastada serve como membro elástico, figura 6b.

Dois extensômetros na superfície superior e dois na superfície inferior, todos

orientados ao longo do eixo da barra atuam como sensor e são conectados a parte

como mostra a figura 6c. [ISMAIL, 2009].

27

Figura 6 - Célula de carga do tipo barra engastada [ISMAIL,2009].

A carga P aplicada na extremidade da barra produz um momento M = Px na

posição x (posição dos extensômetros), que causa deformação igual, mas oposta,

nos extensômetros da face superior e inferior. A relação entre a deformação e a

carga aplicada pode ser calculada de acordo com a equação a seguir.

𝜀1 = 𝜀2 = 𝜀3 = 𝜀4 =6𝑀

𝜀𝑏ℎ2=

6𝑝𝑥

𝜀𝑏ℎ2 (𝑬𝒒. 𝟏𝟖)

Onde:

𝜀1, 𝜀2, 𝜀3, 𝜀4 = deformação dos extensômetros da barra

b = largura da seção de barra

h = espessura da barra ou altura da seção

A relação entre a variação da resistência e a resistência dos extensômetros

utilizados é dada por:

Δ𝑅1

𝑅1= −

Δ𝑅2

𝑅2=

Δ𝑅3

𝑅3= −

Δ𝑅4

𝑅4 (𝑬𝒒. 𝟏𝟗)

28

Esta relação é fundamental para o cálculo do fator de calibração, ou fator

gage (Sg), que é dado a partir da relação entre a variação da resistência do

extensômetro e a sua resistência inicial e a variação do comprimento do condutor

com seu comprimento inicial, como na equação seguinte. Sendo a variação do

comprimento do condutor com seu comprimento inicial dados do fabricante do

extensômetro. [BRAGA At. All, 2002].

𝑠𝑔 =

Δ𝑅

𝑅Δ𝐿

𝐿

(𝑬𝒒. 𝟐𝟎)

A tensão de saída V0 é dada devido à carga P, e se os quatro extensômetros

forem iguais, então é utiliza-se a seguinte equação:

𝑣0 =6𝑠𝑔𝑝𝑥𝑣𝑠

𝜀𝑏ℎ2 (𝑬𝒒. 𝟐𝟏)

E a sensitividade é:

𝑠 =𝑣0

𝑝=

6𝑠𝑔𝑝𝑥𝑣𝑠

𝜀𝑏ℎ2 (𝑬𝒒. 𝟐𝟐)

A sensitividade da célula de carga tipo barra engastada depende da

geometria da barra, do módulo de elasticidade do material usado na fabricação da

barra (E), da localização da carga em relação ao extensômetro (x), do fator de gage

(Sg) e a tensão de alimentação da ponte (vs).

29

3. METODOLOGIA

Todos os testes do dispositivo foram realizados em um torno mecânico Romi

Tormax 20A durante um processo de torneamento cilíndrico de acabamento ou

desbaste.

Durante os ensaios foi utilizada uma ferramenta do tipo barra, monocortante

fabricada em aço rápido com ângulo de saída de 13°, ângulo da superfície lateral de

folga de 11° e ângulo da superfície principal de folga de 5º, sem quebra cavacos,

posicionada a um ângulo de 90° em relação à peça.

3.1. O Dispositivo de Medição de Força de Corte

Para construção do dispositivo, foi fornecido pelos técnicos da Universidade

São Francisco um dispositivo mecânico com função de porta ferramenta e célula de

carga que pode ser observado na figura 8.

Figura 7 - Torno Romi Tormax 20A utilizado para realização dos ensaios do dipositivo [Fonte:Própria].

30

O dispositivo trata-se de uma peça usinada em aço de secção quadrada de

25 mm x 25 mm, com comprimento de 210 mm. A 110 mm da extremidade direita do

dispositivo, segundo orientação da figura 8, está localizado o centro de um rebaixo

de secção transversal 15 mm x 15 mm por 40 mm de comprimento, este rebaixo tem

como objetivo acomodar os extensômetros e concentrar a deformação do dispositivo

nesta área. Na extremidade esquerda do mesmo encontra-se em uma das faces

uma cavidade 15 mm x 45 mm com profundidade de 15 mm para acomodar a

ferramenta monocortante, nas faces perpendiculares a esta, o dispositivo possui

dois furos roscados M5 localizados a 5 mm e 30 mm da extremidade esquerda,

estes furos acomodam parafusos sem cabeça com sextavado interno que fixam a

ferramenta no dispositivo.

Identificou-se o material do dispositivo cedido através de um ensaio de

espectrofotometria, onde se diagnosticou que o material utilizado na construção foi

um aço SAE1050, após comparar os dados fornecidos pelo ensaio com a norma

NBR NM 87. A figura 9 mostra o espectrofotômetro Bruker Q4Tasman utilizado para

realiza o ensaio.

Figura 8 - Porta ferramentas. [Fonte:Própria].

31

Figura 9 - Espectrofotômetro Bruker Q4 Tasman[Fonte:Própria].

O processo descrito anteriormente foi aplicado na consulta do módulo de

elasticidade (E) e limite de escoamento (𝜎e) do material na literatura específica. De

acordo com a literatura consultada, observou-se que o material possui E = 210 GPa

e 𝜎e = 340 MPa. [BEER,1995].

No projeto do dispositivo foram utilizados quatro extensômetros do tipo

lâmina, colados em faces opostas do dispositivo com o objetivo de medir tração e

compressão na superfície do porta ferramentas quando submetido aos esforços da

operação de usinagem através da deformação superficial do mesmo. A figura 10

indica a posição dos extensômetros no porta ferramentas. Esta posição foi

selecionada por ser a região de menor seção transversal do dispositivo, onde ocorre

a maior deformação durante a aplicação de uma carga. Este tipo de extensômetro

foi utilizado por possuir baixo custo e alta disponibilidade.

Obteve-se então um dispositivo capaz de transformar a deformação causada

pela força de usinagem no porta ferramentas em variação de resistência elétrica.

Para que esta variação de resistência elétrica pudesse ser transformada em um

sinal de tensão, optou-se por utilizar uma ponte de Wheatstone onde cada resistor

da ponte corresponde a um extensômetro. Configurando os extensômetros desta

32

maneira pôde-se avaliar a força de usinagem da maneira descrita no capítulo 2.7.1.

cada extensômetro utilizado causou no sistema uma faixa de variação de tensão de

0 a 20 mV, o que gerou a necessidade de utilizar-se um amplificador de tensão, pois

caso contrário a placa de aquisição de dados não cumpriria sua função

corretamente.

3.2. Aquisição de Dados

Para aquisição de dados, utilizou-se um microcontrolador Arduino Mega 2560

exercendo a função de um ADC (Analog-to-Digital Converter, ou ainda conversor

analógico-digital), um amplificador para célula de carga T&SPP39ET02-0 com

função de amplificar o sinal da célula de carga e assim possibilitar a sua leitura pelo

microcontrolador, e o software National Instruments Labview 2012 com função de

coletor de dados e interface homem-maquina. Para possibilitar a integração entre o

microcontrolador e a placa supracitados, primeiramente gravou-se na memória do

microcontrolador um programa nomeado LIFA_base fornecido pela National

Instruments que tem como objetivo fornecer a interface entre ambos. Uma vez

gravado o programa no microcontrolador, construiu-se um diagrama de blocos no

software Labview que permitiu ler os dados fornecidos pela ADC, plotar um gráfico

Figura 10 - Posicionamento dos Extensômetros. [Fonte: Propria]

33

Força x Tempo em tempo real, e indicar a tensão na entrada analógica. A figura 11

mostra o diagrama de blocos citado.

Os blocos do diagrama da figura 11 possuem as seguintes funções:

Bloco 01 – Inicializa a comunicação com o microcontrolador. Neste bloco

definiu-se o modelo do microcontrolador, aporta de comunicação serial, e a

velocidade de transferência de dados, todas estas informações foram fornecidas

pelo fabricante do microcontrolador.

Bloco 02 – Recebe a informação da entrada analógica e transforma em um

sinal digital que é enviado aos blocos 03 e 04.

Bloco 03 – Recebe o sinal digital do bloco 02 e transforma em um sinal

gráfico que indica a tensão na entrada digital.

Bloco 04 – Recebe o sinal digital de tensão do bloco 02 e trata-o através de

uma equação linear do tipo ax+b, para que seja possível transformar o sinal de

tensão em uma indicação de força aplicada no dispositivo.

Bloco 05 – Filtra o sinal, retirando os ruídos e permitindo a plotagem de um

gráfico claro.

Figura 11 - Diagrama de blocos realizado no software Labview. [Fonte:Própria].

34

Bloco 06 – Plota em tempo real um gráfico Força x Tempo e permite que

estas informações sejam exportadas em forma de tabela para um arquivo do tipo

.XLS ou ainda em forma de uma imagem simplificada do tipo .BTM.

Bloco 07 – interrompe a coleta de dados.

Bloco 08 – Encerra a comunicação com o microcontrolador.

3.3. Calibração

Uma vez construída a ferramenta de coleta de dados no Labview, montou-se

o dispositivo no castelo do torno mecânico com o intuito de realizar a calibração do

mesmo como mostrado na figura12.

A calibração procedeu-se aplicando três pesos conhecidos na extremidade

do dispositivo, tomando a precaução de sempre posicioná-los na mesma posição na

Figura 12 - Montagem do dispositivo durante a calibração. [Fonte:Própria].

35

ponta da ferramenta. Em um primeiro instante aplicou-se sobre a ponta da

ferramenta acoplada ao dispositivo um peso de 10 kgf, após atingir o regime

permanente, ajustou-se a curva do gráfico através da equação contida no bloco 04

do diagrama do Labview para que esta indicasse 10 kgf, o mesmo procedimento foi

realizado utilizando pesos conhecidos de 20 kgf e 30 kgf. A figura 13-a mostra o

dispositivo com o peso conhecido de 10 kgf, a figura 13-b mostra o dispositivo com o

peso conhecido de 20 kgf, e a figura 13-c mostra o dispositivo com o peso conhecido

de 30 kgf.

Figura 13 - a) Dispositivo carregado com peso de 10 kgf; b) Dispositivo carregado com peso de 20 kgf; c) Dispositivo carregado com peso de 30 kgf. [Fonte:Própria].

36

Na figura 14, pode-se observar as curvas Força x Tempo geradas durante o

processo de calibração com 10, 20 e 30 kgf, respectivamente, após ajustes na

equação no bloco 04 do diagrama do Labview.

Figura 14 - a) Curva Força x Tempo para 10 kgf; b) Curva Força x Tempo para 20 kgf; c) Curva Força x Tempo para 30 kgf [Fonte:Própria].

37

3.4. Ensaios de Validação do Dispositivo

Após a calibração, posicionou-se o dispositivo na posição de usinagem

como mostra a figura 15 e alinhou-se a extremidade da ferramenta com o centro da

peça.

Para validação do dispositivo proposto, realizou-se um experimento com

intuito de analisar dados relativos à força de corte em operações de torneamento

cilíndrico. Durante os ensaios usinou-se uma peça cilíndrica fabricada em alumínio,

com diâmetros de 50.5 mm, 50.0 mm, 49.0 mm e 47.8 mm para os ensaios de

números 1 à 4 respectivamente e diâmetro de 48 mm para os ensaios de números 5

à 7, utilizando-se uma única ferramenta monocortante de aço rápido (descrita no

início deste capítulo) e alterando-se os parâmetros de usinagem como avanço 'a'

[mm/revolução], profundidade de penetração da ferramenta 'AP' [mm] e rotação do

torno. Estas alterações de parâmetros caracterizaram os ensaios como operações

de desbaste e acabamento. Estes parâmetros foram selecionados de acordo com os

parâmetros comumente utilizados para operações de desbaste e acabamento em

torneamentos cilíndricos cotidianos. A tabela 01 expõe os parâmetros de usinagem

utilizados em cada ensaio, a força de corte teórica em cada um e numera-os

Figura 15 - Dispositivo em posição de usinagem. [Fonte: Própria].

38

sequencialmente. O calculo da força teórica em cada um dos ensaios pode ser

encontrado no apêndice A.

Tabela 1 - Parâmetros de usinagem utilizados nos ensaios de validação do dispositivo.

Ensaio OperaçãoRotação do torno

[rpm]

Avanço

[mm/volta]

Profundidade de

Corte [mm]

Força de Corte

Teórica [kgf]

1 Desbaste 630 0,520 0,50 12,8

2 Desbaste 630 0,416 0,50 11,4

3 Desbaste 630 0,416 1,00 22,8

4 Desbaste 630 0,416 2,00 45,5

5 Acabamento 1000 0,104 0,20 2,2

6 Acabamento 1000 0,187 0,20 3,0

7 Acabamento 1000 0,229 0,20 3,3

Ao realizarem-se os ensaios com os parâmetros apresentados na tabela 01,

foram gerados um gráfico e uma planilha com as forças em função do tempo para

cada ensaio, a análise destes resultados e sua comparação com os dados de força

calculados a partir de métodos teóricos foram apresentados no capitulo 4 deste

estudo.

39

4. RESULTADOS

No ensaio de número 01, realizado com rotação de 630 rpm, avanço de

0,520 mm/volta e profundidade de corte de 0,5 mm, esperava-se uma força de corte

de 12,8 kgf, porém os resultados empíricos apresentaram uma força média de corte

de 12,1 kgf com um desvio padrão de 0,45 kgf. A figura 16 apresenta a Curva Força

x Tempo gerada durante o ensaio.

Analisando os dados numéricos do ensaio 01, pôde-se constatar que o

regime permanente é atingido 0,3s após o início do processo de usinagem, além

desta constatação, pôde-se observar que o momento em que a ferramenta entra em

contato com a peça não gera nenhuma força de impacto maior que a própria força

de corte. Observou-se também que a saída da ferramenta gerou uma oscilação na

força de corte causada pelo afastamento repentino da ferramenta seguido um

choque entre peça e ferramenta.

No ensaio de número 02, alterou-se a rotação de 500 rpm para 630 rpm,

diminuiu-se o avanço de 0,520 mm/volta para 0,416 mm/volta e manteve-se a

profundidade de corte em 0,5mm, esperava-se neste ensaio uma força de corte de

11,4 kgf, mas os resultados empíricos obtidos apresentaram uma força média de

corte de 10,4 kgf com um desvio padrão de 0,39 kgf. A figura 17 apresenta a Curva

Força x Tempo gerada durante o ensaio.

Figura 16 - Curva Força x Tempo a partir do ensaio 01.

40

Analisando os dados numéricos do ensaio 02, pôde-se constatar que o

regime permanente é atingido 0,1s após o início do processo de usinagem, além

desta constatação, como no ensaio de número 01 pôde-se observar que o momento

em que a ferramenta entra em contato com a peça não gera nenhuma força de

impacto maior que a própria forca de corte. Observou-se também que houveram

picos de força de 24,9 kgf e 36,2 kgf, ocasionados pelo choque do cavaco

acumulado durante o processo, contra a ferramenta.

No ensaio de número 03, mantiveram-se a rotação e o avanço utilizados no

ensaio 02 e a profundidade de corte foi alterada de 0,5mm para 1mm, neste ensaio

fora previsto uma força de corte de 22,8 kgf, os resultados obtidos durante o ensaio

apresentaram uma força média de corte de 15,9 kgf com um desvio padrão de 0,27

kgf, se considerado apenas os 30s iniciais do ensaio, pois após este período ocorreu

um choque de cavaco acumulado durante a usinagem contra a ferramenta

ocasionando um pico de força de 24,9 kgf. Se considerado todo o período do ensaio

numero 03, a força média de corte passa a ser de 16,1 kgf e o desvio padrão passa

a ser de 7,4 kgf, o que invalidaria este ensaio. A figura 18 apresenta a Curva Força x

Tempo gerada durante o ensaio.

Figura 17- Curva Força x Tempo a partir do ensaio 02.

41

Analisando os dados numéricos do ensaio 03, pôde-se constatar que, assim

como no ensaio 02 o regime permanente é atingido 0,1s após o início do processo

de usinagem, além desta constatação, como nos ensaios de numero 01 e 02, pôde-

se observar que o momento em que a ferramenta entra em contato com a peça não

gera nenhuma força de impacto maior que a própria força de corte.

No ensaio de numero 04, mantiveram-se a rotação e o avanço utilizados no

ensaio 02 e 03 e a profundidade de corte foi alterada de para 2 mm, neste ensaio

fora previsto uma força de corte de 45,5 kgf, porém os resultados obtidos durante o

ensaio apresentaram uma força média de corte de 23,9 kgf com um desvio padrão

de 4 kgf, o fato do desvio padrão observado ser tão alto deve-se a dois fatores

observados, o primeiro foi o acumulo de cavaco na ferramenta e o segundo foi a

vibração causada pelo comprimento demasiadamente longo do dispositivo. A figura

19 apresenta a Curva Força x Tempo gerada durante o ensaio 04.



42

No ensaio de número 05, realizado alterando a rotação para 1000 rpm, o

avanço para 0,104 mm/revolução e a profundidade de corte para 0,2mm,

caracterizando o início das medições em operações de torneamento, neste ensaio

esperava-se uma força de corte de 2,2 kgf, os resultados obtidos durante o ensaio

apresentaram uma força média de corte de 2,1 kgf com um desvio padrão de 0,37

kgf, A figura 20 apresenta a Curva Força x Tempo gerada durante o ensaio.

Analisando os dados numéricos do ensaio, constatou-se que como nos

ensaios anteriores, o regime permanente é atingido 0,1s após o início do processo

de usinagem, além desta constatação, observou-se também neste ensaio que o

momento em que a ferramenta entra em contato com a peça não gera nenhuma

força de impacto maior que a própria força de corte.

No ensaio de número 06, também realizado com rotação de 1000 rpm e

profundidade de corte de 0,2 mm, passou-se a utilizar um avanço de 0,187

mm/revolução, neste ensaio esperava-se uma força de corte de 3,0 kgf, mas os

resultados obtidos durante o ensaio apresentaram uma força média de corte de 2,4

kgf com um desvio padrão de 0,29 kgf, a figura 21 apresenta a Curva Força x Tempo

gerada durante o ensaio.



43



de usinagem que, além desta constatação, observou-se também neste ensaio que o



No ensaio de número 07, mantiveram-se a rotação de 1000 rpm e a

profundidade de corte de 0,2 mm, porém alterou-se o avanço para 0,229

mm/revolução esperava-se uma força de corte de 3,3 kgf, os resultados obtidos

durante o ensaio apresentaram uma força média de corte de 2,7 kgf com um desvio

padrão de 0,26 kgf, A figura 22 apresenta a Curva Força x Tempo gerada durante o

ensaio.



de usinagem, além desta constatação, observou-se também neste ensaio que o



Ao realizar-se uma análise comparativa entre os ensaios caracterizados

como operação de desbaste (ensaios 1a 4), pôde-se observar que a alteração do

avanço, ainda que discreta, acarretou em uma mudança na intensidade da força de

corte, este comportamento foi observado nos ensaios um e dois, onde apenas

alterando o avanço de 0,520 mm/volta para 0,416 mm/volta a força de corte média

medida diminuiu 14%. Outra característica observada nos ensaios foi o aumento

significativo da força observada quando se aumentou a profundidade de corte de

0,5mm para 1mm, porém este aumento foi apenas 70% do aumento esperado.


44

Com relação ao ensaio de número 04, não se pôde realizar uma análise

concreta uma vez que os dados coletados no ensaio se mostraram instáveis e com

variações muito altas devido à vibração do dispositivo e ao choque de cavacos

contra o mesmo.

Analisando-se os ensaios caracterizados como operações de acabamento

que foram realizados alterando apenas o avanço, pôde-se notar uma pequena

variação da força de corte média em função do avanço. Porém ao se considerar o

desvio padrão dos resultados obtidos, constatou-se que os três ensaios, cada qual

com uma variação do avanço, apresentaram uma mesma força de corte,

contradizendo a força que se esperava apresentar. A tabela 2 sintetiza os dados

analisados acima e permita a comparação entre estes dados e as forças teóricas de

corte.

Tabela 2 – Tabela comparativa entre forças de corte teóricas e empíricas.

Ensaio OperaçãoRotação do

torno [RPM]

Avanço

[mm/revolção]

Profundidade de

Corte [mm]

Força de Corte

Teórica [kgf]

Força de

Corte Empírica

[kgf]

Desvio

Padrão

1 Desbaste 630 0,52 0,50 12,8 12,1 0,44

2 Desbaste 630 0,416 0,50 11,4 10,4 0,33

3 Desbaste 630 0,416 1,00 22,8 15,9 0,27

4 Desbaste 630 0,416 2,00 45,5 23,9 4

5 Acabamento 1000 0,104 0,20 2,2 2,1 0,37

6 Acabamento 1000 0,187 0,20 3,0 2,4 0,23

7 Acabamento 1000 0,229 0,20 3,3 2,7 0,26

45

5. CONCLUSÃO

Partindo da análise e discussão dos resultados obtidos no trabalho, concluiu-

se que o dispositivo apresentado comportou-se de forma parcialmente satisfatória,

demonstrando ser eficiente na medição da força de corte no processo de

torneamento cilíndrico com material conhecido para forças de corte de até 20 kgf,

mas em contra partida, o dispositivo poderá não funcionar de forma eficiente para

forças acima de 20 kgf.

Estas conclusões foram consideradas tendo em vista que as forças médias

reais, acrescidas do desvio padrão, medidas durante os ensaios de validação do

dispositivo, aproximaram-se das forças obtidas por meios de cálculos em processos

que apresentariam até 20 kgf de força de corte e tendo em vista que os ensaios com

força superior a citada anteriormente apresentaram dados instáveis e com grandes

variações.

Conclui-se também que, para um melhor uso do equipamento, devem ser

estudadas ações que reduzam a vibração do dispositivo e da peça, assim como a

ferramenta utilizada no processo deve possuir um dispositivo para quebra de

cavaco, evitando a formação de cavaco do tipo helicoidal e o choque deste contra o

dispositivo quando acumulado durante a usinagem, pois durante os ensaios, quando

houve ocorrência de eventos deste tipo, os choques causaram alterações

momentâneas significativas no resultado obtido.

Respeitando as particularidades do dispositivo descritas acima, de forma

geral, o dispositivo atingiu o objetivo principal do trabalho, ou seja, foi desenvolvido

um instrumento acadêmico para aquisição de dados para análise de força de corte,

enriquecendo o método de aprendizagem sobre processos de usinagem de

torneamento cilíndrico.

46

6. BIBLIOGRAFIA

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. 200 NBR NM 87: Aço Carbono e ligados para construção mecânica; designação e composição química. Rio de Janeiro.

BEER, F.P. e JOHNSTON, JR., E.R. Mecânica vetorial para engenheiros, 5.º Ed., Makron Books, 1994. 215-217.

BEER, F.P. e JOHNSTON, JR., E.R. Resistência dos Materiais, 3.ºEd., Makron Books, 1995. 815-822.

BRAGA, A.R., JOTA, F.G., OLIVEIRA, J.C.R., Instrumentação Balança de Precição com StrainGages, Belo Horizonte, 2002.

DINIZ, A.E.; Marcondes, F.C.; Coppini, N.L. Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 2ª Ed., Artliber Editora, São Paulo, 2000.

FERRARESI, Dino. Fundamentos da Usinagem dos Metais, Edgard Blunchuer, 1977.

FREIRE, J. M. Tecnologia Mecânica: Torno Mecânico, Vol 3., Editora LTC, 1978.

HIBBLER, R. C. Resistência Dos Materiais, 5ºEd., Editora Pearson Education Do Brasil, São Paulo,2004

ISMAIL, K.A.R. Técnicas de medidas e instrumentação, 3.º Ed., do autor, Campinas, 2009.

PINTO, J. L. TEIXEIRA, Compêndio de resistência dos materiais, 1.ºEd., Jac gráfica e editora, 2002. 80; 198-210.

47

APÊNDICE A – Cálculos de parâmetros de usinagem.

Constate Cw do alumínio = 36 [FERRARESI,1977,p.177]

Cálculo do ks para avanço de 0,52:

𝑘𝑠 = 36

0,520,477

𝑘𝑠 = 49,2𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄


𝑘𝑠 = 36

0,4160,477

𝑘𝑠 = 54,7 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄


𝑘𝑠 = 36

0,2290,477

𝑘𝑠 = 72,6 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄


𝑘𝑠 = 36

0,1870,477

𝑘𝑠 = 80,1 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄


𝑘𝑠 = 36

0,1040,477

𝑘𝑠 = 106,0 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

48

Força de corte esperada no ensaio 01:

𝑅𝑃𝑀 = 630𝑟𝑜𝑡𝑎çõ𝑒𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜⁄

𝐴𝑣𝑎𝑛ç𝑜 = 0,520 𝑚𝑚𝑟𝑜𝑡𝑎çã𝑜⁄

𝑝 = 0,5𝑚𝑚

∅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 50,5 𝑚𝑚

∅𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 50 𝑚𝑚

𝑘𝑠 = 49,2 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 50,5 ∗ 630

1000

𝑉𝑐 = 99,9 𝑚𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜⁄

𝐹𝑐 = 𝑘𝑠 ∗ 𝑠

𝐹𝑐 = 49,1777 ∗ 0,5 ∗ 0,520

𝐹𝑐 = 12,8 𝑘𝑔𝑓




𝑝 = 0,5𝑚𝑚

∅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 50 𝑚𝑚

∅𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 49,5 𝑚𝑚

𝑘𝑠 = 54,7 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

49

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 50 ∗ 630

1000



𝐹𝑐 = 54,70 ∗ 0,5 ∗ 0,416

𝐹𝑐 = 11,4 𝑘𝑔𝑓




𝑝 = 1𝑚𝑚


∅𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 48 𝑚𝑚

𝑘𝑠 = 54,7 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 49 ∗ 630

1000



𝐹𝑐 = 54,70 ∗ 1 ∗ 0,416

𝐹𝑐 = 22,8 𝑘𝑔𝑓




50

𝑝 = 2𝑚𝑚

∅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 47,8 𝑚𝑚


𝑘𝑠 = 54,7 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 47,8 ∗ 630

1000



𝐹𝑐 = 54,70 ∗ 2 ∗ 0,416

𝐹𝑐 = 45,5 𝑘𝑔𝑓


𝑅𝑃𝑀 = 1000 𝑟𝑜𝑡𝑎çõ𝑒𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜⁄

𝐴𝑣𝑎𝑛ç𝑜 = 0,104𝑚𝑚𝑟𝑜𝑡𝑎çã𝑜⁄

𝑝 = 0,2 𝑚𝑚



𝑘𝑠 = 106,0𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 48 ∗ 1000

1000



51

𝐹𝑐 = 105,9686 ∗ 0,2 ∗ 0,104

𝐹𝑐 = 2,2 𝑘𝑔𝑓


𝑅𝑃𝑀 = 1000 𝑟𝑜𝑡𝑎çõ𝑒𝑠𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜⁄


𝑝 = 0,2𝑚𝑚



𝑘𝑠 = 80,1 𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 48 ∗ 1000

1000



𝐹𝑐 = 80,1002 ∗ 0,2 ∗ 0,187





𝑝 = 0,2𝑚𝑚



𝑘𝑠 = 72,7𝑘𝑔𝑓

𝑚𝑚²⁄

52

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛

1000

𝑉𝑐 = 𝜋 ∗ 48 ∗ 1000

1000



𝐹𝑐 = 72,7211 ∗ 0,2 ∗ 0,229


projeto e construção de um dispositivo para medição de...

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