Unidade 1 – INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS
DE USINAGEM
Um subgrupo da norma DIN 8580 sob o termo "Separar", compreende os
proces...
Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças
e a viabilidade econômica do processo de fabri...
com o referido eixo.
Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo.
1.1 - Torneamento retil...
2 - APLAINAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à
obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento re...
3 - FURAÇÃO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de
um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxílio d...
3.2 - Escareamento- Processo de furação destinado à abertura de um furo
cilíndrico numa peça pré-furada (figura 20).
3.3 -...
4 - ALARGAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado ao
desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, co...
ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória
retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de ...
7.2 - Fresamento frontal - Processo de fresamento destinado à obtenção de
superfície plana perpendicular ao eixo de rotaçã...
8 - SERRAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado ao
seccionamento ou recorte com auxílio, de ferramentas multicort...
primeiro caso, o serramento é retilíneo alternativo (figura 49); no segundo caso, o
serramento é retilíneo contínuo (figur...
9.2 - Brochamento externo - Processo de brochamento executado numa
superfície externa da peça (figura 56).
10 - ROSCAMENTO...
11 - LIMAGEM - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de
superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas mult...
14 - RETIFICAÇÃO - Processo de usinagem por abrasão destinado à
obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva...
14.2 - Retificação frontal - Processo de retificação executado com a face do
rebolo. É geralmente executada na superfície ...
15 - BRUNIMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão
empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução, no ...
estão em constante contato com a superfície da peça. Para tanto, a peça gira
lentamente e, a ferramenta se desloca com mov...
peça com os movimentos normais de corte a avanço.
A geração emprega uma ferramenta de perfil determinado, que com os
movim...
unidade 2 - FUNDAMENTOS DA USINAGEM
COM FERRAMENTAS DE
GEOMETRIA DEFINIDA
2.1. GENERALIDADES
Para o estudo racional dos ân...
maioria das vezes é o resultante do movimento de corte e do movimento de avanço.
2.2.1. Movimento de corte
O movimento de ...
componentes, como por exemplo o movimento de avanço principal e o movimento de
avanço lateral (Figura 2.4).
2.2.3. Movimen...
de material a ser retirada é determinada de antemão. Exemplo: fixação, no torno, da
profundidade ap (Figura 2.5) da ferram...
2.4.1. Percurso de corte
O percurso de corte lc, é o espaço percorrido sobre a peça pelo ponto de
referência da aresta cor...
2.6.GRANDEZAS DE CORTE
As grandezas de corte são as grandezas que devem ser ajustadas na
máquina direta ou indiretamente p...
2.6.2. Profundidade ou largura de corte
É a profundidade ou largura de penetração da aresta principal de corte,
medida num...
corresponde à largura de corte (Figuras 2.7, 2.11 e 2.12).
Na furação (sem pré-furação), ap corresponde à metade do diâmet...
2.6.3. Espessura de penetração
A espessura de penetração e é de importância predominante no fresamento
e na retificação (F...
medida normalmente à superfície de corte e segundo a direção perpendicular à direção
de corte .
Em ferramentas com aresta ...
2.8. A CUNHA DE CORTE - TERMOS E DENOMINAÇÕES
No inicio do corte, a ponta da cunha penetra no material da peça que se
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Figura 2.15 - Superfícies, gumes, quina e chanfros, na ferramenta de torneamento ou
aplainamento (DIN 6581).
A figura 2.15...
Figura 2.16 - Sistema de referência na ferramenta (DIN 6581).
O sistema de referência na ferramenta está mostrado na figur...
O sistema de referência efetivo, mostrado na figura 2.17, considera a
velocidade de avanço durante o processo de usinagem....
Figura 2.19 - Ângulos efetivos para um ponto que passa pelo gume de uma ferramenta
de torneamento (DIN 6581).
A distinção ...
Para a designação dos termos na cunha, foi empregada a geometria de uma
ferramenta de torneamento, já que nesta é mais sim...
cavaco em forma de fita. Outras formas de cavaco são o cavaco em lamela, cisalhado
e arrancado. Pressupondo que as condiçõ...
extremamente baixas (velocidades de corte de 1 a 3 m/min).
d) Cavacos arrancados: normalmente ocorrem na usinagem de mater...
Figura 2.22 - Componentes da força de usinagem na superfície de medição da cunha e
na superfície de referência.
As tensões...
Figura 2.23 - Condições de usinagem.
O trabalho na usinagem, é resultante do produto entre o percurso decorrido
e as força...
trabalho de cisalhamento, trabalho de corte e trabalho de atrito, em dependência da
espessura de usinagem. A figura mostra...
temperatura que se modificam até que tenhamos um equilíbrio entre a quantidade de
calor gerada e a transmitida para fora. ...
Figura 2.26 - Temperatura média na face da ferramenta.
Uma idéia da ordem de grandeza das temperaturas médias na face das
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incidência
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Ângulo de
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λ
Ângulo de
posição
χ
Ângulo de
quina
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Raio da
quina
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Aço ...
do material em questão. A ordem de grandeza do ângulo “γ”, influencia a estabilidade
da cunha consideravelmente; em decorr...
2.10.1.5. Ângulo de inclinação “λ”
Através de um ângulo de inclinação negativo, o processo de usinagem pode
ser estabiliza...
unidade 3 - TEMPERATURA DE CORTE
- Deformação da raiz do cavaco
- Atrito entre peça e ferramenta
- Atrito entre cavaco e f...
A quantidade de calor devida ao atrito do cavaco com a superfície de saída e
que vai à ferramenta, é relativamente pequena...
unidade 4 - FORÇA DE USINAGEM
O conhecimento da força de usinagem F ou de suas componentes: força de
corte Fc, força de av...
de liga que atuam sobre a diminuição da força de corte, como por exemplo pelo
enxofre.
O tipo de material da ferramenta, a...
Unidade 5 - POTÊNCIA DE USINAGEM
A força principal de corte Fc é a base para o cálculo da potência de
usinagem. No caso do...
Ferro fundido ligado
Ferro fundido maleável
Ferro fundido duro
Cobre
Cobre com mica (coletores)
Latão
Bronze vermelho (10S...
Valores usuais estão entre 60% e 80%.
A potência de corte pode ser calculada pela equação:
onde,
Pc = potência de corte ne...
plainar, furar, brochar) como também em processos com espessura variável (fresagem,
serramento, denteamento de engrenagens...
- Estabilidade química;
- Facilidade de obtenção a preços econômicos.
Nenhum material dispõe de todas essas característica...
6.2.2. Aços rápidos
6.2.2.1. Aços rápidos comuns
Foram criados em 1900, por F.W. Taylor, sendo que originalmente usavam
W,...
comuns, além de uma vida mais longa e melhor aderência de revestimentos de TiN
6.2.2.5. Ligas fundidas
Foram descobertas p...
vácuo ou em atmosfera de hidrogênio (1350 a 1600o
C). O material sofre uma contração
de 15 a 22%.
As pastilhas possuem ele...
Tabela 6.1 - Efeito de alguns elementos sobre o metal duro.
6.2.3.3. Subdivisão dos metais duros
Os metais duros convencio...
constituídos quase que totalmente de WC-Co.
Os metais mais duros são usados para usinagens de acabamento (altas vc e
baixa...
P 20
Aços de baixo Cr, aços
inoxidáveis, aços fundidos.
Fo
Fo
maleável de cavaco
longo.
Tornear, copiar, fresar, rosquear ...
Figura 7.5 – Aspectos de desgaste na ferramenta: 1) face (superfície de saída); 2) flanco (superfície de
incidência); B = ...
• Aderência
• Difusão
• Oxidação
• Correntes elétricas iônicas
7.5.1. Deformação plástica
Ocorre quando a dureza a quente ...
7.5.3. Aderência
A aderência entre o material da peça e as asperezas superficiais da
ferramenta se deve à ação das altas t...
Figura 7.8 - Esquema da formação periódica do gume postiço.
7.5.4. Difusão
Ocorre em temperaturas mais elevadas, em que as...
Figura 7.9 - Representação esquemática do desgaste por difusão em ferramentas de metal duro.
7.5.5. Oxidação
A oxidação, c...
A aplicação de uma corrente de compensação produz geralmente uma
redução mais notável do desgaste, no flanco da ferramenta...
7.6.3. Largura da marca de desgaste no flanco:
Este é o critério de emprego mais freqüente na indústria para a
determinaçã...
7.7. MÉTODOS USUAIS NA ESPECIFICAÇÃO DA VIDA DE UMA FERRAMENTA
DE CORTE ENTRE DUAS REAFIAÇÕES SUCESSIVAS:
• Tempo de máqui...
unidade 8 - MEIOS LUBRI-REFRIGERANTES
PARA A USINAGEM
8.1. OBJETIVOS:
O emprego de meios lubri-refrigerantes (também chama...
Tabela 8.1 - Coeficientes de correção da velocidade de corte para aços
rápidos.
Tipo de aço rápido
Coeficiente multiplicad...
Apostila processos de usinagem 2005
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Apostila processos de usinagem 2005

  1. 1. Unidade 1 – INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE USINAGEM Um subgrupo da norma DIN 8580 sob o termo "Separar", compreende os processos de fabricação com remoção de cavaco com ferramenta de geometria definida, que se caracteriza pela aplicação de ferramentas com características geometricamente definidas. Já há aproximadamente 12 a 50 mil anos o homem estava em condições de produzir ferramentas de pedras com gumes afiados por lascamento, como nos mostram achados arqueológicos da idade da pedra (figura abaixo). Ferramentas de pedra lascada. Mas um fato marcante para o desenvolvimento tecnológico foi a descoberta dos metais, como: cobre, zinco e ferro. Já a partir de 700 anos Antes de Cristo, praticamente todas as ferramentas eram executadas em ferro, e a partir do século XVII foram descobertas constantes melhorias no processo de fabricação do ferro e na siderurgia do aço, que colocaram o aço em posição vantajosa em relação aos metais até então conhecidos. Estudos sistemáticos sobre a tecnologia de usinagem no entanto, só iniciaram no início do século XIX e levaram entre outros a descoberta de novos materiais de corte. No início de 1900, o americano F. W. Taylor com a descoberta do aço rápido, determinou um passo marcante no desenvolvimento tecnológico da usinagem. Os metais duros sinterizados e os materiais de ferramentas baseados em materiais oxicerâmicos são outros resultados de uma pesquisa intensiva na área de materiais para ferramentas que até hoje ainda não está concluída e sim está submetida a uma melhora constante; isto referido à fabricação e utilização de materiais para ferramentas como por exemplo os materiais nitreto de boro cúbico e ferramentas de diamante. 1
  2. 2. Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e a viabilidade econômica do processo de fabricação, as ferramentas devem ser usadas de forma econômica para que todas as grandezas que participam no processo de usinagem como, geometria da ferramenta, condições de corte, material da peça e materiais auxiliares, tenham a sua influência e seu efeito sobre o resultado do trabalho considerados. O conhecimento da interdependência funcional dos diversos fatores, permite o aproveitamento das reservas tecnológicas disponíveis. Ponto básico no processo de usinagem, é o processo de corte propriamente dito com o que inicia esta apostila. No estudo das operações dos metais, distinguem-se duas grandes classes de trabalho: As operações de usinagem As operações de conformação Como operações de usinagem entendemos aquelas que, ao conferir à peça a forma, ou as dimensões ou o acabamento, ou ainda uma combinação qualquer destes três bens, produzem cavaco. Definimos cavaco como a porção de material da peça, retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma geométrica irregular. Além desta característica, estão envolvidos no mecanismo da formação do cavaco alguns fenômenos particulares, tais como o recalque, a aresta postiça de corte, a craterização na superfície de saída da ferramenta e a formação periódica do cavaco (dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte). Como operações de conformação entendemos aquelas que visam conferir à peça a forma ou as dimensões, ou o acabamento específico, ou ainda qualquer combinação destes três bens, através da deformação plástica do metal. Devido ao fato da operação de corte em chapas estar ligada aos processos de estampagem profunda, dobra e curvatura de chapas, essa operação é estudada no grupo de operações de conformação dos metais. 1.1 CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DOS PROCESSOS MECÂNICOS DE USINAGEM 1 - TORNEAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes1 . Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar 1 Denomina-se ferramenta de usinagem mecânica a ferramenta destinada à remoção de cavaco. No caso de possuir uma única superfície de saída, a ferramenta é chamada ferramenta monocortante; quando possuir mais de uma superfície de saída, é chamada ferramenta multicortante. 2
  3. 3. com o referido eixo. Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo. 1.1 - Torneamento retilíneo - Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea. O torneamento retilíneo pode ser: 1.1.1 - Torneamento cilíndrico - Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser externo (figura 1) ou interno (figura 2). Quando o torneamento cilíndrico visa obter na peça um entalhe circular, na face perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina, o torneamento é denominado sangramento axial (figura 3). 1.1.2 - Torneamento cônico - Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, inclinada em relação ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser externo (figura 4) ou interno (figura 5). 1.1.3 - Torneamento radial - Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina. Quando o torneamento radial visa a obtenção de uma superfície plana, o torneamento é denominado torneamento de faceamento (figura 6). Quando o torneamento radial visa a obtenção de um entalhe circular, o torneamento é denominado sangramento radial (figura 7). 1.1.4 - Perfilamento - Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial (figura 8) ou axial (figura 9), visando a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta. l.2 - Torneamento curvilíneo - Processo de torneamento, no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória curvilínea (figura 10). Quanto à finalidade, as operações de torneamento podem ser classificadas ainda em torneamento de desbaste e torneamento de acabamento. Entende-se por acabamento a operação de usinagem destinada a obter na peça as dimensões finais, ou um acabamento superficial especificado, ou ambos. O desbaste é a operação de usinagem, anterior a de acabamento, visando a obter na peça a forma e dimensões próximas das finais. 3
  4. 4. 2 - APLAINAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical (figuras 11 a 18). Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste a aplainamento de acabamento. 4
  5. 5. 3 - FURAÇÃO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxílio de uma ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. A furação subdivide-se nas operações: 3.1 - Furação em cheio - Processo de furação destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça, removendo todo o material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco (figura 19). No caso de furos de grande profundidade há necessidade de ferramenta especial (figura 23). 5
  6. 6. 3.2 - Escareamento- Processo de furação destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça pré-furada (figura 20). 3.3 - Furação escalonada - Processo de furação destinado à obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros, simultaneamente (figura 21). 3.4 - Furação de centros - Processo de furação destinado à obtenção de furos de centro, visando uma operação posterior na peça (figura 22). 3.5 - Trepanação - Processo de furação em que apenas uma parte de material compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço (figura 24). 6
  7. 7. 4 - ALARGAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, com auxílio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. O alargamento pode ser: 4.1 - Alargamento de desbaste - Processo de alargamento destinado ao desbaste da parede de um furo cilíndrico (figura 25) ou cônico (figura 27). 4.2 - Alargamento de acabamento - Processo de alargamento destinado ao acabamento da parede de um furo cilíndrico (figura 26) ou cônico (figura 28). 5 – REBAIXAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de um furo. Para tanto, a ferramenta 7
  8. 8. ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta (figuras 29 a 34)2 . 6 - MANDRILAMENTO - 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. 6.1 - Mandrilamento cilíndrico - Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cilíndrica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta (figura 35). 6.2 - Mandrilamento radial - Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é plana e perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta (figura 36). 6.3 - Mandrilamento cônico - Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta (figura 37). 6.4 - Mandrilamento de superfícies especiais - Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é uma superfície de revolução, diferente das anteriores, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. Exemplos: mandrilamento esférico (figura 38), mandrilamento de sangramento, etc.. Quanto à finalidade, as operações de mandrilamento podem ser classificadas ainda em mandrilamento de desbaste e mandrilamento de acabamento. 7 - FRESAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam segundo uma trajetória qualquer. Distinguem-se dois tipos básicos de fresamento: 7.1 - Fresamento cilíndrico tangencial - Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana paralela ao eixo de rotação da ferramenta (figuras 39, 40 a 42). Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de rotação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça, será considerado um processo especial de fresamento tangencial (figuras 44 a 47). 2 As operações indicadas nas figuras 33 a 34 são denominadas por alguns autores, de escareamento. 8
  9. 9. 7.2 - Fresamento frontal - Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta (figuras 41 a 45). O caso de fresamento indicado na figura 46 é considerado como um caso especial de fresamento frontal. Há casos que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo haver ou não predominância de um sobre outro (figura 43). A operação indicada na figura 48 pode ser considerada como um fresamento composto. 9
  10. 10. 8 - SERRAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado ao seccionamento ou recorte com auxílio, de ferramentas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ou executa ambos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. O serramento pode ser: 8.1 - Serramento retilíneo - Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea com movimento alternativo ou não. No 10
  11. 11. primeiro caso, o serramento é retilíneo alternativo (figura 49); no segundo caso, o serramento é retilíneo contínuo (figuras 50 a 51). 8.2 - Serramento circular - Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a peça ou ferramenta se desloca (figuras 52 a 54). 9 - BROCHAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. O brochamento pode ser: 9.1 - Brochamento interno - Processo de brochamento executado num furo passante da peça (figura 55). 11
  12. 12. 9.2 - Brochamento externo - Processo de brochamento executado numa superfície externa da peça (figura 56). 10 - ROSCAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de filetes, por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para tanto, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. O roscamento pode ser interno ou externo. 10.1 - Roscamento interno - Processo de roscamento executado em superfícies internas cilíndricas ou cônicas de revolução (figuras 57 a 60). 10.2 - Roscamento externo - Processo de roscamento executado em superfícies externas cilíndricas ou cônicas de revolução (figuras 61 a 66). 12
  13. 13. 11 - LIMAGEM - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo (figuras 67 a 68). 12 - RASQUETEAMENTO - Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies com auxílio de ferramenta monocortante (figura 69). 13 - TAMBORAMENTO - Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no interior de um tambor rotativo, juntamente ou não com materiais especiais, para serem rebarbadas ou receberem um acabamento (figura 70). 13
  14. 14. 14 - RETIFICAÇÃO - Processo de usinagem por abrasão destinado à obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de revolução3 . Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se desloca segundo uma trajetória determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação pode ser tangencial ou frontal. 14.1 - Retificação tangencial - Processo de retificação executado com a superfície de revolução da ferramenta (figura 71). Pode ser: 14.1.1 - Retificação cilíndrica - Processo de retificação tangencial no qual a superfície usinada é uma superfície cilíndrica (figuras 71 a 74). Esta superfície pode ser externa ou interna, de revolução ou não. Quanto ao avanço automático da ferramenta ou da peça, a retificação cilíndrica pode ser com avanço longitudinal da peça (figura 71), com avanço radial do rebolo (figura 73), com avanço circular do rebolo (figura 74) ou com avanço longitudinal do rebolo**. 14.1.2 - Retificação cônica - Processo de retificação tangencial no qual a superfície usinada é uma superfície cônica (figura 75). Esta superfície pode ser interna ou externa. Quanto ao avanço automático da ferramenta ou da peça, a retificação cônica pode ser com avanço longitudinal da peça (figura 75), com avanço radial do rebolo, com avanço circular do rebolo ou com avanço longitudinal do rebolo. 14.1.3 - Retificação de perfis - Processo de retificação tangencial no qual a superfície usinada é uma superfície qualquer gerada pelo perfil do rebolo (figuras 76 a 77). 14.1.4 - Retificação tangencial plana - Processo de retificação tangencial no qual a superfície usinada é uma superfície plana (figura 78). 14.1.5 - Retificação cilíndrica sem centros - Processo de retificação cilíndrica no qual a peça sem fixação axial é usinada por ferramentas abrasivas de revolução, com ou sem movimento longitudinal da peça (figuras 79 a 82). A retificação sem centros pode ser com avanço longitudinal da peça (retificação de passagem) ou com avanço radial do rebolo (retificação em mergulho) (figuras 80 a 82). 3 Denomina-se de usinagem por abrasão ao processo mecânico de usinagem no qual são empregados abrasivos ligados ou soltos. Segundo a Norma PB-26 - Ferramentas Abrasivas da A.B.N.T., denomina-se ferramenta abrasiva a ferramenta constituída de grãos abrasivos ligados por aglutinante, com formas a dimensões definidas. A ferramenta abrasiva com a forma de superfície de revolução adaptável a um eixo, E denominada rebolo abrasivo. Não são considerados rebolos abrasivos rodas ou discos de metal, madeira, tecido, papel, tendo uma ou várias camadas de abrasivos na superfície. 14
  15. 15. 14.2 - Retificação frontal - Processo de retificação executado com a face do rebolo. É geralmente executada na superfície plana da peça, perpendicularmente ao eixo do rebolo. A retificação frontal pode ser com avanço retilíneo da peça (figura 83), ou com avanço circular da peça (figura 84). 15
  16. 16. 15 - BRUNIMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução, no qual todos os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais (figura 85). Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se desloca axialmente com movimento alternativo. 16 - SUPERACABAMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão empregado no acabamento de peças, no qual os grãos ativos da ferramenta abrasiva 16
  17. 17. estão em constante contato com a superfície da peça. Para tanto, a peça gira lentamente e, a ferramenta se desloca com movimento alternativo de pequena amplitude e freqüência relativamente grande (figuras 87 a 88). 17 - LAPIDAÇÂO - Processo mecânico de usinagem por abrasão executado com abrasivo aplicado por porta-ferramenta adequado, com objetivo de se obter dimensões especificadas da peça (figura 86)4 . 18 - ESPELHAMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento final da peça por meio de abrasivos, associados a um porta- ferramenta específico para cada tipo de operação, com o fim de se obter uma superfície especular. 19 - POLIMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco ou conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas (figura 89 a 90). 20 - LIXAMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo aderido a uma tela e movimentado com pressão contra a peça (figuras 91 a 92). 21 - JATEAMENTO - Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são submetidas a um jato abrasivo, para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento (figura 93). 22 - AFIAÇÃO - Processo mecânico de usinagem por abrasão, no qual é dado o acabamento das superfícies da cunha cortante da ferramenta, com o fim de habilitá-la desempenhar sua função. Desta forma, são obtidos os ângulos finais da ferramenta (figura 94). 23 - DENTEAMENTO - Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de elementos denteados. Pode ser conseguido basicamente de duas maneiras: formação e geração. A formação emprega uma ferramenta que transmite a forma do seu perfil à 4 Segundo a Padronização Brasileira PB-26 da A.B.N.T., abrasivo é um produto natural ou sintético, granulado, usado de várias formas, com a finalidade de remover o material das superfícies das peças até o desejado. 17
  18. 18. peça com os movimentos normais de corte a avanço. A geração emprega uma ferramenta de perfil determinado, que com os movimentos normais de corte, associados aos característicos de geração, produz um perfil desejado na peça. O estudo deste processo não é feito aqui, por fugir do nosso objetivo de fornecer os conhecimentos gerais dos processos de usinagem. 18
  19. 19. unidade 2 - FUNDAMENTOS DA USINAGEM COM FERRAMENTAS DE GEOMETRIA DEFINIDA 2.1. GENERALIDADES Para o estudo racional dos ângulos das ferramentas de corte, das forças de corte e das condições de usinagem é imprescindível a fixação de conceitos básicos sobre os movimentos e as relações geométricas do processo de usinagem. Estes conceitos devem ser seguidos pelos técnicos e engenheiros que se dedicam à usinagem e à fabricação das ferramentas de corte e máquinas operatrizes. Desta forma, torna-se necessária a uniformização de tais conceitos, objeto das associações de normas técnicas. Cada país industrializado tem, assim, as suas normas sobre ângulos das ferramentas, formas e dimensões das mesmas, etc. Na falta de norma brasileira sobre esse assunto, vamos seguir a norma DIN 6580, a qual é a mais completa e a que melhor se aplica aos diferentes processos de usinagem. Esta norma contém os fundamentos sobre uma sistemática uniforme de usinagem, constituindo a base para uma série de normas referentes ao corte dos metais. Aplica-se fundamentalmente a todos os processos de usinagem. Quando resultam limitações através de particularidades sobre certas ferramentas (por exemplo, ferramentas abrasivas), as mesmas são indicadas através de anotações. A numerosidade de conceitos, que servem somente para uma ferramenta ou um processo de corte, não é tratada nesta norma. Por outro lado, a validade universal do conceito para todos os processos de usinagem fornece a possibilidade de reduzir ao mínimo a quantidade de conceitos necessários à prática. Os conceitos tratados nessa norma se referem a um ponto genérico da aresta cortante, dito ponto de referência. Nas ferramentas de barra este ponto é fixado na parte da aresta cortante próximo à ponta da ferramenta. 2.2. MOVIMENTOS ENTRE A PEÇA E A ARESTA CORTANTE Os movimentos no processo de usinagem são movimentos relativos entre a peça e a aresta cortante. Estes movimentos são referidos à peça, considerada como parada. Deve-se distinguir duas espécies de movimentos: os que causam diretamente a saída de cavaco e aqueles que não tomam parte direta na formação do cavaco. Origina diretamente a saída de cavaco o movimento efetivo de corte, o qual na 19
  20. 20. maioria das vezes é o resultante do movimento de corte e do movimento de avanço. 2.2.1. Movimento de corte O movimento de corte é o movimento entre a peça e a ferramenta, o qual sem o movimento de avanço origina somente uma única remoção de cavaco durante uma volta ou um curso (Figura 2.1, Figura 2.2 e Figura 2.3). 2.2.2. Movimento de avanço O movimento de avanço é o movimento entre a peça e a ferramenta, que, juntamente com o movimento de corte, origina um levantamento repetido ou contínuo de cavaco, durante várias revoluções ou cursos (Figuras 2.1, 2.2 e 2.3). O movimento de avanço pode ser o resultante de vários movimentos Figura 2.1 - Furação com broca helicoidal,mostrando os movimentos de corte e avanço. Figura 2.2 - Fresamento com fresa cilíndrica, mostrando os movimentos de corte e avanço. 20
  21. 21. componentes, como por exemplo o movimento de avanço principal e o movimento de avanço lateral (Figura 2.4). 2.2.3. Movimento efetivo de corte O movimento efetivo de corte é o resultante dos movimentos de corte e de avanço, realizados ao mesmo tempo. Não tomam parte direta na formação do cavaco o movimento de posicionamento, o movimento de profundidade e o movimento de ajuste. 2.2.4. Movimento de posicionamento É o movimento entre a peça e a ferramenta, com o qual a ferramenta, antes da usinagem, é aproximada à peça. Exemplo: a broca é levada à posição em que deve ser feito o furo. 2.2.5. Movimento de profundidade É o movimento entre a peça e a ferramenta, no qual a espessura da camada Figura 2.3 - Retificação plana tangencial mostrando os movimentos de corte e avanço. Figura 2.4 - Copiagem de uma peça mostrando as componentes do movimento de avanço: avanço principal e avanço lateral 21
  22. 22. de material a ser retirada é determinada de antemão. Exemplo: fixação, no torno, da profundidade ap (Figura 2.5) da ferramenta. 2.2.6. Movimento de ajuste É o movimento de correção entre a peça e a ferramenta, no qual o desgaste da ferramenta deve ser compensado. Exemplo: movimento de ajuste para compensar o desgaste do rebolo na retificação. 2.3.DIREÇÕES DOS MOVIMENTOS Deve-se distinguir a direção de corte, direção de avanço e direção efetiva de corte. 2.3.1. Direção de corte É a direção instantânea do movimento de corte. 2.3.2. Direção de avanço É a direção instantânea do movimento de avanço. 2.3.3. Direção efetiva de corte É a direção instantânea do movimento efetivo de corte. 2.4.PERCURSO DA FERRAMENTA EM FRENTE DA PEÇA Deve-se distinguir o percurso de corte, o percurso de avanço e o percurso efetivo de corte. Figura 2.5 - Torneamento. Superfície principal e lateral de corte. ap ap f S=ap .f=b.h f vf 22
  23. 23. 2.4.1. Percurso de corte O percurso de corte lc, é o espaço percorrido sobre a peça pelo ponto de referência da aresta cortante. segundo a direção de corte (Figura 2.6). 2.4.2. Percurso de avanço O percurso de avanço lf é o espaço percorrido pela ferramenta, segundo a direção de avanço (Figura 2.6). Deve-se distinguir as diferentes componentes do movimento de avanço (Figura 2.4). 2.4.3. Percurso efetivo de corte O percurso efetivo de corte Ie é o espaço percorrido pelo ponto de referência da aresta cortante, segundo a direção efetiva de corte (Figura 2.6). 2.5.VELOCIDADES Deve-se distinguir a velocidade de corte, a velocidade de avanço e a velocidade efetiva de corte. 2.5.1. Velocidade de corte A velocidade de corte v é a velocidade instantânea do ponto de referência da aresta cortante, segundo a direção a sentido de corte. 2.5.2. Velocidade do avanço A velocidade de avanço vf é a velocidade instantânea da ferramenta segundo a direção e sentido de avanço. 2.5.3. Velocidade efetiva de corte A velocidade efetiva de corte ve é a velocidade instantânea do ponto de referência da aresta cortante, segundo a direção efetiva de corte. Pode-se ter ainda, conforme o item 2, as velocidades de posicionamento, de profundidade e de ajuste. Figura 2.6 - Fresamento tangencial com fresa cilíndrica. Percurso de corte lc, percurso efetivo de corte Ie; percurso de avanço lf (Os dentes 1 e 2 mostram o movimento da fresa). lf lf le 23
  24. 24. 2.6.GRANDEZAS DE CORTE As grandezas de corte são as grandezas que devem ser ajustadas na máquina direta ou indiretamente para a retirada do cavaco. 2.6.1. Avanço O avanço f é o percurso de avanço em cada volta (Figura 2.5) ou em cada curso (Figura 2.9). Figura 2.7 - Fresamento tangencial. Largura de corte ap ; espessura de penetração e. ap Figura 2.8 - Fresamento frontal. Profundidade de corte ap ; espessura de penetração e. ap 24
  25. 25. 2.6.2. Profundidade ou largura de corte É a profundidade ou largura de penetração da aresta principal de corte, medida numa direção perpendicular ao plano de trabalho (Figura 2.5 e Figura 2.7 a 213). No torneamento propriamente dito, faceamento, aplainamento, fresamento frontal e retificação frontal (ver figuras da unidade A), ap corresponde à profundidade de corte (Figuras 2.5, 2.8, 2.9 e 2.10). No sangramento, brochamento, fresamento tangencial (em particular fresamento cilíndrico) e retificação tangencial (ver figuras da unidade A), ap Figura 2.9 - Aplainamento. Profundidade de corte ap ; avanço f=fc . ap Figura 2.10 - Retificação frontal. Profundidade de corte ap ; espessura de penetração e ap 25
  26. 26. corresponde à largura de corte (Figuras 2.7, 2.11 e 2.12). Na furação (sem pré-furação), ap corresponde à metade do diâmetro da broca (Figura 2.13). A grandeza ap é sempre aquela que, multiplicada pelo avanço de corte f, origina a área da secção de corte s. Ela é medida num plano perpendicular ao plano de trabalho, enquanto que o avanço de corte fc é medido sempre no plano de trabalho. Em alguns casos recebe a denominação de profundidade de corte (Figuras 2.5, 2.8, 2.9 e 2.10), enquanto que noutros casos recebe a denominação de largura de corte (Figura 2.7, 2.11 e 2.12); porém, é sempre representada pela letra ap. Figura 2.11 - Brochamento. Figura 2.12 - Retificação plana tangencial. Largura de corte ap ; espessura de penetração e. ap 26
  27. 27. 2.6.3. Espessura de penetração A espessura de penetração e é de importância predominante no fresamento e na retificação (Figuras 2.7, 2.8, 2.10 e 2.12). É a espessura de corte em cada curso ou revolução, medida no plano de trabalho e numa direção perpendicular à direção de avanço. 2.7.GRANDEZAS RELATIVAS AO CAVACO Estas grandezas são derivadas das grandezas de corte e são obtidas através de cálculo. Porém, não são idênticas às obtidas através da medição do cavaco, que no momento não nos interessam. 2.7.1. Comprimento de corte O comprimento de corte b é o comprimento de cavaco a ser retirado, medido na superfície de corte. segundo a direção normal à direção de corte . É, portanto, medido na intersecção da superfície de corte com o plano normal à velocidade de corte, passando pelo ponto de referência da aresta cortante. Em ferramentas com aresta cortante retilínea a sem curvatura na ponta tem-se. κsen pa APb == (2.1) onde κ é o ângulo de posição da aresta principal de corte. 2.7.2. Espessura de corte A espessura de corte h é a espessura calculada5 do cavaco a ser retirado, 5 A espessura calculada de cavaco não deve ser confundida com a espessura de cavaco h' obtida pela medição (com instrumento de medida: micrômetro, paquímetro, etc.). A primeira é obtida por cálculo trigonométrico, conforme a fórmula (2.2). Figura 2.13 - Furação. Largura de corte ap =d/2. ap 27
  28. 28. medida normalmente à superfície de corte e segundo a direção perpendicular à direção de corte . Em ferramentas com aresta cortante retilínea e sem curvatura da ponta, tem- se κsen⋅= efh (2.2) 2.7.3. Área da secção de corte A área da secção de corte s (ou simplesmente secção de corte) é a área calculada6 da secção de cavaco a ser retirado, medida no plano normal à direção de corte. 6 A área calculada da secção de cavaco não deve ser confundida com a área da secção de cavaco a qual é obtida pela medição do cavaco através de instrumentos de medida. 28
  29. 29. 2.8. A CUNHA DE CORTE - TERMOS E DENOMINAÇÕES No inicio do corte, a ponta da cunha penetra no material da peça que se deforma elástica e plasticamente. Após ultrapassar a tensão de cisalhamento máxima do material, este começa a escoar. Em dependência da geometria da cunha de corte, o material deformado passa a formar um cavaco que deslocar sobre a face da cunha de corte, figura 2.14. Figura 2.14 - Representação esquemática da formação do cavaco. Em todos os processos de remoção de cavaco, características do processo como formação de cavaco, saída do cavaco, força de corte, desgaste e o resultado do trabalho, são influenciados consideravelmente pela geometria da ferramenta. Em decorrência disto, a geometria da ferramenta deve ser adaptada ao material da peça, ao material da ferramenta e às condições específicas da máquina ferramenta . Os termos, a denominação e a designação da geometria da cunha, são normalizados pela DIN 6581 e a ISO 302/1. As explanações mostradas a seguir são tiradas destas normas. cavaco cunha de corte movimento de corte h espessura de usinagem hch espessura de corte α ângulo de incidência β ângulo de cunha γ ângulo de saída 29
  30. 30. Figura 2.15 - Superfícies, gumes, quina e chanfros, na ferramenta de torneamento ou aplainamento (DIN 6581). A figura 2.15, mostra uma ferramenta de torneamento ou aplainamento e define as superfícies, gumes, chanfros e quinas. Então, diz-se como sendo cunha de corte, o corpo limitado pela superfície indicada na figura. A intersecção das superfícies mostrada na figura, forma os gumes. O gume que se mostra no sentido da direção de avanço, é denominado de gume principal. Correspondentemente, o gume que tem a cunha normal ao sentido de avanço é denominado de gume secundário. A intersecção dos dois gumes, é denominada de quina da ferramenta e muitas vezes apresenta a forma arredondada. A face da ferramenta é a superfície sobre a qual sai o cavaco. Designam-se de flancos, as superfícies que se justapõem às superfícies novas formadas durante a usinagem; os flancos são designados como flanco principal e flanco secundário. Se tivermos chanfros nos gumes, designamos estes de chanfro do gume principal e chanfro do gume secundário. Podemos ainda ter chanfros nos flancos, denominando então chanfro do flanco principal e chanfro do flanco secundário. Para o esclarecimento da terminologia e dos ângulos da cunha, é propício distinguir entre o sistema de referência da ferramenta e o sistema de referência efetivo. Ambos os sistemas estão baseados em duas superfícies de referência, que no entanto, não são as mesmas. haste gume principal chanfro da face do gume principal chanfro do flanco do gume principal flanco principal quina com raio de arredondamento flanco secundário chanfro da face do gume secundário gume secundário face 30
  31. 31. Figura 2.16 - Sistema de referência na ferramenta (DIN 6581). O sistema de referência na ferramenta está mostrado na figura 2.16 e se baseia nas dimensões geométricas da ferramenta estática, sem considerar a cinemática do processo de usinagem. Este sistema é empregado para a fabricação e manutenção, bem como para a descrição da ferramenta de corte. Com isto, o sistema de referência na ferramenta é colocado de tal forma que a linha de referência passa por um ponto no gume, normal à direção do corte. Em decorrência disto, para ferramentas de torneamento e aplainamento, ela está localizada paralelamente à superfície de apoio da ferramenta de corte. A superfície normal à superfície de referência que passa pelo gume, é denominada de superfície de corte e esta, por sua vez, é normal à superfície de medição da cunha, o terceiro plano no sistema de coordenadas ortogonais. Figura 2.17 - Sistemas de referência efetivos (DIN 6581). Superfície de apoio Direção pressuposta do mov.de corte 31
  32. 32. O sistema de referência efetivo, mostrado na figura 2.17, considera a velocidade de avanço durante o processo de usinagem. A superfície de referência efetiva em decorrência disto, é normal à direção efetiva do corte que resulta da soma da velocidade de corte e velocidade de avanço. A superfície efetiva de corte e a superfície efetiva de medição de cunha, se orientam da mesma forma que as superfícies no sistema de referência na ferramenta. Segundo a DIN 6580, a superfície de trabalho no sistema de referência e no sistema efetivo, são superfícies imaginárias que compreendem a direção da velocidade de corte e a direção da velocidade de avanço. Nela, nós temos a realização de todos os movimentos que estão relacionados com a formação de cavaco. Nas ferramentas de torneamento e aplainamento, ela normalmente é uma superfície normal ou paralela ao suporte da ferramenta. Os ângulos designados a seguir, servem para a determinação da posição e da forma de uma cunha de corte. Distingue-se entre os ângulos na ferramenta e os ângulos no sistema de referência, figura 2.18 e 2.19. No sistema efetivo os ângulos são acrescentados do termo efetivo com o index "e" (effective). Figura 2.18 - Ângulos na ferramenta para um ponto no gume principal, de uma ferramenta de torneamento (DIN 6581). CORTE C-D superfície pressuposta de trabalho Pf direção pressuposta de corte superfície de referência da ferramenta Pr CORTE A-B (sup de medição da cunha) face superfície de referência da ferramenta Prsuperfície do gume principal flanco ponto de observação superfície pressuposta de trabalho Pf CORTE E-F (normal a sup. pressuposta de trab. Pf e à sup. de ref. da ferr. Pr) superfície de referência da ferramenta Pr superfície de referência da ferramenta Pr VISTA Z (sup. de trab. do gume princ. da ferr.) gume O plano de desenho da vista principal correspondente à sup. de ref da ferr. Pr. 32
  33. 33. Figura 2.19 - Ângulos efetivos para um ponto que passa pelo gume de uma ferramenta de torneamento (DIN 6581). A distinção entre os ângulos no gume principal e no gume secundário, ocorre pela caracterização do índice “n” para o gume secundário. - O ângulo de posição “κ” é o ângulo entre a superfície de corte e a superfície de trabalho, medido na superfície de referência. - O ângulo de quina “ε”, é o ângulo entre a superfície do gume principal e do gume secundário, medido na superfície de referência. - O ângulo de inclinação lateral “λ” é o ângulo entre o gume e a superfície de referência, medidos na superfície de corte. Ele pode ser positivo ou negativo, valendo a mesma regra que para o ângulo de saída positivo e negativo. - O ângulo de incidência “α”, é o ângulo entre o flanco e a superfície de corte, medido na superfície de medição da cunha. - O ângulo de cunha “β”, é o ângulo entre o flanco e a face, medido na superfície de medição da cunha. - O ângulo de saída “γ”, é o ângulo entre a superfície de saída e a superfície de referência, medido na superfície da cunha. O ângulo de saída é positivo, se a superfície de referência colocada no ponto de intersecção e a superfície de medição de cunha, estão localizadas fora da cunha de corte. Direção efetiva Direção de corte CORTE C-D Sup. efetiva de referência Pre Direção de avanço CORTE A-B (sup. efetiva de inclinação da cunha) face flanco Sup. do gume principal VISTA PRINCIPAL Ponto observado do gume Sup. efetiva do gume secundário VISTA Z (sup. efetiva do gume) Sup. efetiva de medição da cunha gume CORTE E-F (normal à sup. de trabalho e a sup. efetiva de ref.) Sup. efetiva de ref.Pre Sup. efetiva do gume principal 33
  34. 34. Para a designação dos termos na cunha, foi empregada a geometria de uma ferramenta de torneamento, já que nesta é mais simples de exemplificar os diversos aspectos. As definições aqui representadas, em principio, valem para todas as ferramentas de corte de geometria definida. 2.9.O PROCESSO DE CORTE. A figura 2.20 mostra a representação esquemática do mecanismo de formação de cavaco, como ele é visto na micrografia de uma raiz de cavaco (à direita da figura). A representação mostra que a deformação plástica contínua, que se mostra na região de formação de cavaco, pode ser dividida em três regiões. A configuração estrutural na peça (a) por cisalhamento, passa para configuração estrutural do cavaco, em (b). A deformação plástica na região de cisalhamento na usinagem de materiais frágeis, pode levar a separação do material na região por cisalhamento. Se o material no entanto, tem uma capacidade de deformação maior, então a separação só ocorre imediatamente diante do gume na região (e). A solicitação de tração, simultânea a aplicação de uma pressão vertical sobre a ferramenta em combinação com as temperaturas elevadas, leva a deformações na camada superficial da superfície de corte (c) a na superfície de corte (d). No deslizamento sobre a superfície da ferramenta, se formam superfícies limites que também sofrem deformações plásticas complementares. Essas regiões de escoamento (regiões não atacadas, brancas na parte inferior do cavaco na metalografia) que tem uma textura de deformação paralela à face da ferramenta, nos dão a impressão de escoamento viscoso com grau de deformação extremamente elevado. Figura 2.20 - Raiz de cavaco. O cavaco que se formou nesse processo acima descrito, é denominado de Estrutura da peça Superfície de corte flanco face ferramenta estrutura do cavaco plano de cisalhamento Mat. da peça Ck53 Mat. da ferr. HM P30 Veloc. de corte vc=100m/min Seção de usinagem ap.f=2.0,315 mm2 Zona de cisalhamento ferramenta superfície de corte 34
  35. 35. cavaco em forma de fita. Outras formas de cavaco são o cavaco em lamela, cisalhado e arrancado. Pressupondo que as condições de corte na região de cisalhamento, no máximo podem levar a um grau de deformação ε0, podemos distinguir a forma do cavaco no diagrama tensão de cisalhamento x deformação, figura 2.21, e concluir sobre os seguintes relacionamentos, Figura 2.21 - Formas de cavaco em dependência das propriedades dos materiais (Vieregge). a) Cavacos contínuos: são formados quando o material tem uma capacidade de deformação suficientemente elevada (εB>ε0), a estrutura na região do cavaco é regular e as deformações não levam a encruamentos acentuados na formação de cavacos, e o processo não é restringido por vibrações. b) Cavacos em forma de lamela: ocorrem quando (εB<ε0<εZ), que no entanto é maior que (εruptura). Também ocorre se a estrutura do cavaco é irregular e é levado a oscilações em decorrência de vibrações que por sua vez, levam a variações na espessura do cavaco. Cavacos de lamela podem ocorrer tanto para avanços grandes como para altas velocidades de corte. c) Cavacos cisalhados: constam de segmentos de cavacos, que são seccionados na região de cisalhamento e em parte caldeiam entre si. Eles se formam, se (εZ< ε0), de forma que isto não ocorre só para materiais frágeis como ferro fundido, e sim também quando a deformação produz um encruamento acentuado na estrutura do material. Cavacos cisalhados também podem ocorrer para velocidades de corte Cavaco contínuo Cavaco em lamelas Cavaco cisalhado Cavaco arrancado Resist.aocisalhamento) Lamelas, cisalhado e arrancado contínuo Grau de deformação Grau de deformação no plano de cisalhamento def. elástica def. plástica def. com escoamento 35
  36. 36. extremamente baixas (velocidades de corte de 1 a 3 m/min). d) Cavacos arrancados: normalmente ocorrem na usinagem de materiais frágeis com estrutura irregular como em alguns ferros fundidos e na usinagem de rochas. Os cavacos não são cisalhados e sim arrancados da superfície com o que a estrutura superficial da peça, muitas vezes é danificada por microlascamentos. 2.10. SOLICITAÇÕES NA CUNHA DE CORTE A força de usinagem, aqui representada para o processo de torneamento, pode ser desmembrada em suas componentes: a força de corte Fc, a força de avanço Ff e a força passiva Fp, figura 2.21. Dessas forças, é possível deduzir as forças tangenciais Ft e força normal Fn. Se tivermos um ângulo de inclinação lateral λ=0, a influência do raio do gume secundário é pequena, isto é, o cavaco sai normalmente ao gume, então vale: ( ) γκκγγ sinsin FFFF pfCn ⋅⋅+⋅−⋅= coscos (3) ( ) γκκγγ coscos ⋅⋅+⋅+⋅= FFFF pfCt sinsin (4) Onde a expressão entre parênteses da equação 3 e 4 , corresponde a força normal ao gume Fkn, da figura 2.22. Figura 2.21 - Força de usinagem e suas componentes no torneamento. Movimento de corte (peça) F Força de usinagem Fc Força de corte Ff Força de avanço Fp Força passiva Movimento de avanço (ferramenta) 36
  37. 37. Figura 2.22 - Componentes da força de usinagem na superfície de medição da cunha e na superfície de referência. As tensões médias normais e tangenciais sobre a face da ferramenta na usinagem do aço de construção mecânica, estão situadas na faixa de 350 a 400 N/mm2 a 250 a 350 N/ mm2 respectivamente. Para materiais de difícil usinabilidade, estes valores podem atingir a 1100 N/mm2 . A sua forma característica está representada na figura 2.23, qualitativamente. Em combinação com as temperaturas que temos na região de corte, que para a formação de cavacos contínuos pode estar situada acima de 1000o C, nós teremos deformações ε entre 0.8 e 4 e velocidades de deformação ε de aproximadamente 10000/s. Para uma comparação, na figura foram colocados os valores correspondentes de um ensaio. Para as condições de corte sob as quais trabalham as ferramentas de metal duro, nós teremos tempos de aquecimento e de deformação do material da peça, na ordem de grandeza de alguns milisegundos a velocidade de aquecimento, teoricamente está localizada na faixa de 106 o C/s. Fc Força de corte Ff Força de avanço Fp Força passiva Ffp Resultante de Ff e Fp Fχn Força normal ao gume principal Fχt Força tangencial ao gume Fγn Força normal à face Fγt Força tangencial à face Fφn Força normal ao plano de cisalhamento Fφt Força tangencial ao plano de cisalhamento Fcχn Resultante de Fc e Fγn h Espessura de usinagem hch Espessura do cavaco vc Velocidade de corte vch Velocidade de saída do cavaco α Ângulo de incidência β Ângulo de cunha γ Ângulo de saída λ Ângulo de inclinação lateral φ Ângulo de cisalhamento 37
  38. 38. Figura 2.23 - Condições de usinagem. O trabalho na usinagem, é resultante do produto entre o percurso decorrido e as forças que indicam a direção do percurso de usinagem, segundo a norma DIN 6584. Correspondentemente podemos determinar as potências de usinagem, como sendo o produto das componentes da velocidade e da componente da força de usinagem respectiva. O trabalho de corte Wc e potência de corte Pc são: Wc = lc . Fc (5) Pc = vc . Fc/60 (6) O trabalho de avanço Wf e a potência de avanço Pf são: Wf = lf . Ff (7) Pf = vf . Ff (8) Entende-se como trabalho efetivo We a potência efetiva Pe, a soma das correspondentes parcelas de corte e avanço: We = Wc + Wf (9) Pe = Pc + Pf (10) Em decorrência da velocidade de avanço pequena e dos pequenos percursos de avanço, o trabalho de avanço e a potência de avanço no torneamento, normalmente são apenas da ordem de 0.03 a 3% do trabalho de corte ou da potência de corte. Na maioria das vezes portanto, pode ser escrito We ≈ Wc e Pe ≈ Pc. A figura 2.24, nos mostra a divisão do trabalho total de usinagem em Mat. da peça Ck 45; mat. da ferr. HM P20; ap.f=2.0,25mm2 ; vc=160m/min Temperatura de corte T1~1030o C Veloc. de saída do cavaco vch=67m/min Veloc. de aquecimento 106 o C/s Tensão normal média σnm=350 dN/mm2 Tensão de cisalhamento média τm=250 dN/mm2 comportamento das tensões região de cisalhamento ferramenta recorte A 38
  39. 39. trabalho de cisalhamento, trabalho de corte e trabalho de atrito, em dependência da espessura de usinagem. A figura mostra que as parcelas diferentes de trabalho, dependem da espessura de usinagem, onde o trabalho de cisalhamento tem a principal parcela para grandes espessuras de usinagem. Figura 2.24 - Subdivisão do trabalho efetivo na usinagem em dependência da espessura de usinagem (Vieregge). O trabalho mecânico efetivo, empregado para usinagem, é praticamente transformado completamente em energia térmica. Os centros de geração de calor são idênticos aos centros de deformação. Em decorrência disso, temos fontes de calor na região de cisalhamento e nas regiões de atrito na ferramenta. A figura 2.20, mostra que o grau de deformação na região de cisalhamento, no lado inferior do cavaco, é bem maior que na região de cisalhamento, de forma que entre o cavaco e a ferramenta nós teremos que esperar as maiores temperaturas. Uma vez que a espessura dessa região de cisalhamento é muito fina em relação à região de cisalhamento, essas temperaturas mais elevadas não são diretamente correlacionadas com a maior transformação de energia. A representação na figura 2.25 à esquerda, nos dá uma informação das quantidades de calor que são absorvidas pela peça, cavaco e ferramenta. A maior parte do calor é transportada pelo cavaco. A parcela principal da energia mecânica (nesse caso 75% e de uma forma genérica, maior que 50%), é transformada na região de cisalhamento. As quantidades de calor respectivas para as diversas regiões de transformação de energia, são dissipadas por condução, irradiação e convecção, para o meio ambiente. Como conseqüência desse balanço térmico, nós teremos campos de Trabalho efetivo We=Fe.le Trabalho de deformação Trabalho de atrito Trabalho de cisalhamento Trabalho de corte Atrito no flanco Atrito na face Energia latente e calor Mat. da peça 55NiCrMoV6 Resist. à tração 800 N/mm2 Veloc. de corte vc=100m/min Largura de usinagem b=4,25mm Ângulo de incidência α=5o Ângulo de saída γ=10o Espessura de usinagem h atrito no flanco e trabalho de corte atrito na face trab. de cisalhamento trabalho total TrabalhoefetivoWe/ comprimentodecorte 39
  40. 40. temperatura que se modificam até que tenhamos um equilíbrio entre a quantidade de calor gerada e a transmitida para fora. O campo de temperatura típico, foi determinado matematicamente e mostrado a direita na figura 2.25. Figura 2.25 - Distribuição de calor e temperatura na peça, cavaco e ferramenta, para a usinagem de aço (Kronenberg e Vieregge). Se observarmos uma partícula de material na região de cisalhamento, então sua temperatura será no mínimo igual a de uma partícula na região de cisalhamento. Se continuarmos a deslizar essa partícula sobre a região de contato, esta partícula, na face inferior do cavaco, será aquecida consideravelmente pois a energia necessária para separar o cavaco, na interface cavaco e ferramenta, é praticamente transformada integralmente em calor. Como este fenômeno só ocorre nas regiões limites entre cavaco e ferramenta em uma camada de material muito fina, ele aquece a camada inferior do cavaco tanto mais quanto menor for o tempo, em decorrência da velocidade de corte, disponível para a condução do calor. A temperatura máxima não ocorre diretamente sobre o gume e sim afastada, do sentido de deslocamento da saída do cavaco. peça ferramenta cavaco Para aço Material da peça aço kf=850N/mm2 Mat. da ferramenta HM P20 Velocidade de corte vc=60m/min Espessura de usinagem h=0,32mm Ângulo de saída γ=10o 40
  41. 41. Figura 2.26 - Temperatura média na face da ferramenta. Uma idéia da ordem de grandeza das temperaturas médias na face das ferramentas em dependência da velocidade de corte para diversos materiais de ferramenta, nos está dada na figura 2.26. Na faixa de velocidade de corte vc = 20 até 50 m/min, o comportamento da temperatura no papel Log-Log não é linear. O motivo para isto, é que nesta faixa de velocidade nós temos a formação de gumes postiços (veja parágrafo 1.4.2), que perturba a condução de calor. 2.10.1. Influência da geometria da cunha sobre a sua resistência Dependendo da função que a ferramenta deve exercer na usinagem, tem-se geometrias da cunha bastante distintas. A escolha da geometria depende de: - material da ferramenta, - material da peça, - condições de corte e - geometria da peça. Formação de gume postiço Material da ferram. HM P10, P30, HSS 12-1-4-5 Material da peça Ck53N Geometria da ferramenta: Seção de usinagem ap.f = 3.0,25 mm2 Tempo de corte t = 15 s Velocidade de corte vc Temperaturanaface 41
  42. 42. Ângulo de saída γ Ângulo de incidência α Ângulo de inclinação λ Ângulo de posição χ Ângulo de quina ε Raio da quina r Aço rápido -6o a +20o 6o a 8o -6o a +6o 10o a 100o 60o a 120o 0,4 a 2mm Metal duro -6o a +15o 6o a 12o Tabela 2.1 - Ângulos da ferramenta para a usinagem do aço. Geometrias usuais em ferramentas de corte, representadas pelos seus ângulos de cunha na usinagem de aço, são representadas na tabela 2.1. Cada determinação de um ângulo da geometria da ferramenta é uma solução de compromisso, que pode satisfazer a diversas exigências na usinagem, apenas aproximadamente. A figura 2.27, mostra em qual forma as variações de geometria da cunha influenciam as características de usinagem. Figura 2.27 - Influência da geometria da cunha sobre as características da usinagem. 2.10.1.1. Ângulo de incidência “α” O desgaste do flanco (caracterizado pela marca de desgaste de flanco VB), é influenciado consideravelmente pelo ângulo de incidência. Se este for grande, a cunha é enfraquecida duplamente: na ferramenta poderemos ter um acúmulo de calor, que pode levar a perda da dureza a quente; uma cunha muito pequena além disso, aumenta o perigo do lascamento e quebra da ferramenta. Se o ângulo de incidência “α” tende a 0o , o desgaste de flanco aumenta em decorrência dos caldeamentos na região de contato com o parceiro de atrito. 2.10.1.2. Ângulo de saída “γ” , ângulo de cunha “β” O ângulo de saída “γ”, ao contrário do ângulo “α”, pode estar situado tanto no lado positivo quanto no lado negativo. O ângulo de saída é responsável pelo corte 42
  43. 43. do material em questão. A ordem de grandeza do ângulo “γ”, influencia a estabilidade da cunha consideravelmente; em decorrência disso, ferramentas positivas podem quebrar como decorrência do enfraquecimento demasiado da cunha. Como vantagens de um ângulo de salda positivo, em primeiro lugar, devemos citar a diminuição da forca de corte e força de avanço, bem corno uma melhora considerável na qualidade da superfície da peça. A saída do cavaco, favorecida pelo ângulo de saída positivo, no entanto muitas vezes apenas propicia uma quebra de cavaco insuficiente (tendência a um cavaco contínuo). Ângulos de saída negativos, aumentam a estabilidade da ferramenta (aplicação por exemplo, no aplainamento e na usinagem de peças com interrupções de corte, tarefas de laminação ou de fundição). A deformação plástica na usinagem com ferramentas de ângulo de saída negativo é maior, e em decorrência disto temos forças de corte maior e uma solicitação térmica da cunha. Nós teremos um desgaste de cratera maior na face, que por sua vez pode levar a vidas mais curtas das ferramentas. O ângulo de saida “γ” e o ângulo de incidência “α”, somados, formam o ângulo de cunha “β”, a soma dos três ângulos, por definição, é 90o (figura 2.18 e 2.19). 2.10.1.3. Ângulo de quina “ε” Para garantir uma boa estabilidade da ferramenta, principalmente quando se trata de uma solicitação pesada, o ângulo de quina deverá ser escolhido o tão grande quanto possível. Ângulos de quina pequenos, são empregados de sobre modo em tornos copiadores e na usinagem comandada numericamente. A faixa útil, com isto, está prescrita e o ângulo entre o gume secundário e a direção de avanço deve ser no mínimo 2o , para evitar que a ferramenta exerça um raspamento com o gume secundário sobre a superfície da peça. 2.10.1.4. Ângulo de posição “κ” Para um avanço constante e profundidade de corte constante, com “κ” diminuindo, a largura de usinagem “b” aumenta. Com isso, diminui a força específica por unidade de comprimento de gume, de forma que a variação do ângulo de posição para valores pequenos, é especialmente favorável na usinagem de materiais de alta resistência, para com isto, garantir uma diminuição do desgaste da ferramenta. Por outro lado, a força passiva aumenta com a diminuição de “κ” e com isso incorremos ao perigo de que, em decorrência da instabilidade crescente do processo de usinagem, tenhamos vibrações regenerativas sobre a superfície da peça. 43
  44. 44. 2.10.1.5. Ângulo de inclinação “λ” Através de um ângulo de inclinação negativo, o processo de usinagem pode ser estabilizado, porque o inicio do corte da ferramenta não se dá na quina e sim na posição mais avançada em direção aparte central do gume. Com isso teremos uma solicitação adequada, de forma que o perigo da quebra do gume, em decorrência de uma solicitação excessiva, é evitado. A problemática da diminuição de solicitação no início de corte, tem uma importância maior em corte interrompido (por exemplo no fresamento a no aplainamento) e na usinagem de materiais fundidos e forjados (peças com furos transversais e vazios). Ângulos de inclinação lateral negativos, também provocam forças passivas grandes, que devem ser absorvidas pela máquina ferramenta (grande rigidez normal à árvore principal). O ângulo de inclinação lateral além disso, tem uma influência sobre o sentido e direcionamento da saída do cavaco. Um ângulo de inclinação lateral negativo, tem como conseqüência o direcionamento do cavaco sobre a superfície já usinada da peça e eventualmente com isso, podemos ter uma piora de qualidade da superfície usinada. 2.10.1.6. Raio da Quina “r”. A escolha do raio da quina de uma ferramenta, depende do avanço “f” e da profundidade de corte “ap”. Em dependência do avanço escolhido, o raio de arredondamento da quina influencia a qualidade da superfície usinada, para a qual vale a equação seguinte: Rt ≈ f2 /8.r (11) Raios de quina grandes, levam a uma melhora da qualidade superficial e a uma melhora da estabilidade dos gumes. Raios de quina pequenos têm a vantagem de tenderem menos a vibrações regenerativas, em decorrência da força passiva menor. 44
  45. 45. unidade 3 - TEMPERATURA DE CORTE - Deformação da raiz do cavaco - Atrito entre peça e ferramenta - Atrito entre cavaco e ferramenta Os valores das proporções variam com: • o tipo de usinagem: torneamento, fresamento, brochamento, etc.; • o material da ferramenta e da peça; • a forma da ferramenta; • as condições de usinagem. Exemplo: quantidade de calor gerada na deformação plástica para aços de construção: vc = 50m/min 75% do total do calor gerado vc = 200m/min 25% do total do calor gerado logo, nos regimes de corte altos, o atrito é a fonte básica de calor. A temperatura da ferramenta se elevará de acordo com o calor específico e a condutibilidade térmica dos corpos em contato, além das dimensões das seções onde se escoa o calor. A temperatura é o principal fator limitante da utilização das ferramentas de corte em regimes de trabalho elevados, fixando, portanto as condições máximas de produtividade e duração das ferramentas. Como as deformações e forças de atrito se distribuem irregularmente, o calor produzido também se distribui de forma irregular. CALOR • Cavaco • Peça • Ferramenta • Meio ambiente Dis sip 75% 18% 5% 2% 45
  46. 46. A quantidade de calor devida ao atrito do cavaco com a superfície de saída e que vai à ferramenta, é relativamente pequena. Porém, como esta superfície de contato é reduzida, desenvolvem-se ali temperaturas significantes. A quantidade de calor gerada aumenta com a velocidade e com a força de corte. Conseqüentemente, a temperatura cresce com o aumento da velocidade de corte, do avanço e da profundidade. Este aumento de temperatura é acelerado com o desgaste da ferramenta, o qual aumenta o valor do coeficiente de atrito e conseqüentemente a força de corte. Para aumentar a produtividade da ferramenta deve-se aumentar a velocidade, o avanço e a profundidade de corte. Todos estes fatores aumentam a temperatura. Portanto deve-se procurar diminuir esta temperatura além de empregar materiais de corte resistentes a altas temperaturas e ao desgaste. O meio mais barato para a diminuição da temperatura de corte é o emprego de fluidos de corte. 46
  47. 47. unidade 4 - FORÇA DE USINAGEM O conhecimento da força de usinagem F ou de suas componentes: força de corte Fc, força de avanço Ff e da força passiva Fp, é a base: • Para o projeto de uma máquina ferramenta (dimensionamento das estruturas, acionamentos, fixações, etc.); • Para a determinação das condições de corte em condições de trabalho; • Para a avaliação da precisão de uma máquina ferramenta, em certas condições de trabalho (deformação da ferramenta, máquina e peça); • Para a explicação de mecanismos de desgaste. A força de usinagem é também um critério para a determinação da usinabilidade de um material de peça. Os componentes da força de usinagem (Fc, Ff e Fp) diminuem com o aumento da velocidade de corte vc devido à diminuição da resistência do material com o aumento da temperatura. Os componentes da força de usinagem aumentam com o aumento da profundidade de corte ap de uma forma proporcional (só vale para ap maior que o raio de quina). Influência do ângulo de saída γ e do ângulo de inclinação λ lateral sobre os componentes da força de usinagem: Influência sobre a força de usinagem por grau Fc Ff Fp Âng. de saída γ 1,5% 5,0% 4,0% Âng. de inclinação lateral λ 1,5% 1,5% 10,0% Âng. de saída γ 1,5% 5,0% 4,0% Âng.de inclinação lateral λ 1,5% 1,5% 10,0% Uma variação do ângulo de incidência na faixa de 3o ≤α≤12o não tem influência considerável sobre as componentes da força de usinagem. Uma variação do raio de quina não influencia a força de usinagem, desde que a condição 2r≤ap seja satisfeita. A força de usinagem aumenta linearmente com o aumento do teor de carbono da peça e da ferramenta. Pode-se ter variações consideráveis pela variação dos teores de elementos 47
  48. 48. de liga que atuam sobre a diminuição da força de corte, como por exemplo pelo enxofre. O tipo de material da ferramenta, atua principalmente no coeficiente de atrito entre cavaco e ferramenta e em decorrência disso, principalmente sobre a força passiva e a força de avanço. Com o aumento da condutividade térmica do material da ferramenta, em regra geral, verifica-se o aumento da força de corte. O desgaste de cratera sobre a face da ferramenta que leva à formação de um ângulo de saída mais positivo, em regra, leva à diminuição das componentes da força de usinagem. O desgaste do flanco da ferramenta aumenta as componentes da força de usinagem devido ao aumento da superfície de atrito entre peça e superfície de incidência. 48
  49. 49. Unidade 5 - POTÊNCIA DE USINAGEM A força principal de corte Fc é a base para o cálculo da potência de usinagem. No caso do torneamento, pode-se estabelecer a seguinte relação entre a força de corte e a área da seção de usinagem: em que kc é a pressão específica de corte em [N/mm2 ]. O valor de kc é equivalente à energia de corte por unidade de volume ec, ou seja, a energia necessária para remover uma unidade de volume da peça. Equivale ainda a potência de corte para remover a unidade de volume da peça por unidade de tempo, pc. kc [N/mm2 ] = ec [J/cm3 ] = pc [W.s/cm3 ] Os valores de kc para alguns materiais segundo a norma alemã AWF-158 são dados na tabela abaixo: Valores orientativos das pressões específicas de corte (AWF – 158) MATERIAIS σr [N/mm2] (ou dureza) kc [N/mm2] Avanço em [mm/rot] 0,1 0,2 0,4 0,8 ST3411, St3711, St4211 (ABNT 1015 a 1025) ST5011 (ABNT 1030 a 1035) STR6011 (ABNT 1040 a 1045) ST7011 (ABNT 1060) ST 85 (ABNT 1095) Aço fundido Aço Mn, aços Cr-Ni, aços Cr-Mo e outros aços ligados Aço inoxidável Aço ferramenta Aço manganês-duro Ferro fundido GG12, GG14 Ferro fundido GG18, GG26 até 500 500 a 600 600 a 700 700 a 850 850 a 1000 300 a 350 500 a 700 > 700 700 a 850 850 a 1000 1000 a 1400 1400 a 1800 600 a 700 1500 a 1800 - HB até 200 HB 200 A 250 3600 4000 4200 4400 4600 3200 3600 3900 4700 5000 5300 5700 5200 5700 6600 1900 2900 2600 2900 3000 3150 3300 2300 2600 2850 3400 3600 3800 4100 3750 4100 4800 1360 2080 1900 2100 2200 2300 2400 1700 1900 2050 2450 2600 2750 3000 2700 3000 2500 1000 1500 1360 1520 1560 1640 1720 1240 1360 1500 1760 1850 2000 2150 1920 2150 2520 720 1080 [ ]NfpackAckcF ⋅⋅=⋅= 49
  50. 50. Ferro fundido ligado Ferro fundido maleável Ferro fundido duro Cobre Cobre com mica (coletores) Latão Bronze vermelho (10Sn, 4Zn, 86Cu) Bronze de fundição Ligas de zinco Alumínio puro Ligas de Al, c/ alto teor de Si (11-13%) Ligas p/ Al-Si (11-13,5% Si) (tenaz) Pistão G Al-Si (11-13,5% Si) Outras ligas de alumínio para fundição e trabalho a frio Ligas de magnésio Borracha dura, ebonite Baquelite, Pertinax, Novotext (massas isolantes prensadas, isentas de borracha) 37.Papel duro HB 250 A 400 Shore 65/90 HB 80/120 até 300 300 a 420 420 a 580 3200 2400 3600 2100 1900 1600 1400 3400 940 1050 1400 1400 1250 1150 1400 1700 580 480 480 380 2300 1750 2600 1520 1360 1150 1000 2450 700 760 1000 1000 900 840 1000 1220 420 350 350 280 1700 1250 1900 1100 1000 850 700 1800 560 550 700 700 650 600 700 850 300 250 250 200 1200 920 1360 800 720 600 520 1280 430 400 520 520 480 430 520 640 220 180 180 140 A potência de corte Pc é a potência disponível no gume da ferramenta e consumida na operação de remoção de cavacos. É ela que interessa no cálculo de forças e pressões específicas de corte. A potência de acionamento Pa é a potência fornecida pelo motor à máquina-ferramenta. Ela difere da potência de corte pelas perdas que ocorrem por atrito nos mancais, engrenagens, sistemas de lubrificação e refrigeração, sistema de avanço, etc. A potência de avanço, embora seja uma parcela utilizada na operação de corte, é muito pequena em relação à potência de corte, sendo mais prático reuni-la no grupo das “perdas”. A potência em vazio Po é a potência consumida pela máquina-ferramenta ligada, com o mecanismo de avanço funcionando, porém sem que tenha lugar qualquer operação de corte. O rendimento da máquina é dado por: 50
  51. 51. Valores usuais estão entre 60% e 80%. A potência de corte pode ser calculada pela equação: onde, Pc = potência de corte necessária no gume da ferramenta [kW]. Fc = força de corte [N]. kc = pressão específica de corte [N/mm2 ]. A = seção de corte [mm3 ]. A.vc = volume de cavacos produzidos na unidade de tempo [mm3 /min] ap = profundidade de corte [mm]. f = avanço [mm/rot]. vc = velocidade de corte [m/min]. As dimensões de corte são o fator de influência preponderante na força e na potência necessária para a usinagem. De um modo geral verifica-se que a pressão específica de corte kc diminui com as dimensões do cavaco, sendo esta diminuição mais notada para um aumento do avanço do que para um aumento da profundidade de corte. Com base nas afirmações anteriores, pesquisadores determinaram fatores de correção para kc, sendo que o que mais se aproxima da realidade é Kienzle, propondo a seguinte fórmula: ou seja, kc1.1 = pressão específica de corte para um cavaco de A = b.h = 1x1 mm2 . A fórmula de Kienzle se mostrou válida no cálculo da força de corte nos diversos processos de usinagem com espessura h constante do cavaco (tornear, [ ]kW cvfpack cvAckcvcF cP 600006000060000 ⋅⋅⋅ = ⋅⋅ = ⋅ = 100100 ⋅ − =⋅= aP oPaP aP cP η mc cc hkk − ⋅= 1.1 mc cc hbkF − ⋅⋅= 1 1.1 [ ] cavacodoespessurammfh =⋅= κsen [ ] cortedeuralmmpab argsen =÷= κ 51
  52. 52. plainar, furar, brochar) como também em processos com espessura variável (fresagem, serramento, denteamento de engrenagens), utilizando um valor médio hm. A tabela abaixo fornece, a título de exemplo, valores de 1-mc e kc1.1 para alguns materiais. Material DIN ABNT equivalente σr [N/mm2 ] kc1.1 [N/mm2 ] 1-mc St 50 1030/1045 520 1990 0,74 St 60 1040/1045 620 2110 0,83 C 22 1020 500 1800 0,83 Ck 45 1045 670 2220 0,86 Ck 60 1060 770 2130 0,82 65 Si 7 9260 960 1270 0,73 100 Cr 6 52100 640 1600 0,71 100 Cr 6 recozido 52100 710 2400 0,79 GG L 14 Fo Fo cinzento com 950 0,79 GG L 18 grafite lamelar 124 750 0,87 GG 26 Fo Fo cinzento HB 200 1160 0,74 GTW, GTS Maleável branco/preto > 400 1200 0,79 GS 45 Aço fundido 300...400 1600 0,83 GS 52 Aço fundido 500...700 1800 0,84 unidade 6 - MATERIAIS USADOS PARA FERRAMENTAS 6.1. EXIGÊNCIAS BÁSICAS PARA UM MATERIAL DE CORTE: - Elevada dureza a quente; - Elevada dureza a frio bem superior à da peça usinada; - Tenacidade para resistir aos esforços de corte e impactos; - Resistência à abrasão; 52
  53. 53. - Estabilidade química; - Facilidade de obtenção a preços econômicos. Nenhum material dispõe de todas essas características. Deve-se, portanto verificar quais as primordiais e as secundárias. 6.2. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS DE CORTE: - Aços ferramenta - Aços rápidos comuns - Aços rápidos ao cobalto - Ligas fundidas - Carbonetos sinterizados - Cerâmicas de corte - Diamantes - Nitreto de boro cristalino cúbico (CBN) 6.2.1. Aços ferramenta Possuem de 0,8% a 1,5 de C e mínima porcentagem de outros elementos de liga. Até 1900 eram os únicos materiais disponíveis para ferramentas. Obtém dureza por tratamento térmico. Apresentam baixa resistência a quente (~200o C), o que permite sua utilização em baixas velocidades de corte (~25m/min), tornando-os impróprios para usinar aços de alta resistência. São utilizados em aplicações secundárias, tais como: limas, cinzéis, serras para madeira, ferramentas domésticas, ferramentas de forma para usinagem de latão e ligas de alumínio, ferramentas para serem utilizadas uma única vez ou para poucas peças. Para melhorar a sua qualidade adiciona-se à sua composição pequenas quantidades de Cr, V e W. Principais vantagens: - Baixo custo - Facilidade de usinagem (gumes muito vivos) - Fácil tratamento térmico - Quando bem temperado, elevada dureza e resistência ao desgaste - Boa tenacidade. 53
  54. 54. 6.2.2. Aços rápidos 6.2.2.1. Aços rápidos comuns Foram criados em 1900, por F.W. Taylor, sendo que originalmente usavam W, Cr e V como elementos de liga além de teores mínimos de Mn para evitar a fragilidade. No decorrer dos anos foram adicionados outros elementos de liga. Durante a Segunda Guerra Mundial a escassez de tungstênio (W) levou a sua substituição parcial ou total por Mo. Além disso, os aços ao Mo são mais baratos que os ao W. São ferramentas que mantém a dureza até temperaturas em torno de 600o C, possuindo maior resistência à abrasão associada à resistência a quente, o que permite a utilização de velocidades de corte maiores que os aços ferramenta. Apresentam como desvantagens o preço elevado e difícil tratamento térmico. 6.2.2.2. Aços rápidos com cobalto Surgiram em 1921. O cobalto aumenta a dureza a quente e a resistência ao desgaste, mas diminui a tenacidade, sendo que o teor de Co varia de 5 a 12%. 6.2.2.3. Aço rápido com revestimento de nitreto de titânio - TiN A aplicação sobre o aço rápido de um revestimento de TiN (1 a 3 µm de espessura) aplicado por processos PVD (Physical Vapor Deposition) abaixo de 550o C conferem aparência dourada às ferramentas. Este revestimento reduz o desgaste da face e do flanco, pelo aumento da dureza. Além disso, o revestimento resulta numa diminuição do coeficiente de atrito reduzindo a força de corte (Fc) melhorando o acabamento superficial das peças usinadas. O revestimento com TiN protege o metal base contra temperatura, sendo que o sucesso da ferramenta depende mais da adesão do revestimento do que da sua espessura. O lascamento do revestimento tem sido a principal causa de falha deste tipo de ferramenta. Apresenta bons resultados em usinagem com corte interrompido (fresamento, plainamento, etc.) 6.2.2.4. Aço rápido sinterizado São obtidos por processos de metalurgia do pó (sinterização), o que resulta numa estrutura cristalina muito fina e uniforme, apresentando uma menor deformação na têmpera e no revenido, além de possuírem menor tendência a trincas e tensões internas. Apresentam uma tenacidade um pouco mais alta que os aços rápidos 54
  55. 55. comuns, além de uma vida mais longa e melhor aderência de revestimentos de TiN 6.2.2.5. Ligas fundidas Foram descobertas por Haynes em 1922. Apresentam altas porcentagens de W, Cr e Co. As ligas são fundidas e vazadas em moldes, sendo as peças depois limpas de carepas de fundição e retificadas até a medida final. Apresentam como nomes comerciais: Stellite, Tantung, Rexalloy, Chromalloy, Steltan (Brasil). Uma composição tópica deste tipo de liga é: W = 17%, Cr = 33%, Co = 44%, Fe = 3% Possuem elevada resistência a quente permitindo a utilização em temperaturas em torno de 800o C. Apresentam qualidades intermediárias entre o aço rápido e o metal duro. 6.2.3. Metal duro O tungstênio (W) é o metal de mais alto ponto de fusão (3387o C), maior resistência à tração (4200 N/mm2 ) e mais baixo coeficiente de dilatação térmica. A dificuldade de fusão do W levou ao desenvolvimento da metalurgia do pó. A Osram (fabricante de lâmpadas alemã) cedeu seus estudos sobre o desenvolvimento de filamentos de W para lâmpadas à Krupp, que os usou como base para pesquisas de aplicação do carboneto de tungstênio para a usinagem de metais. Em 1927 a Krupp lançou o produto Widia (“Wie diamant” – como diamante). Uma composição típica deste material é: 81% de W, 6% de C e 13% de Co. 6.2.3.1. Técnica de fabricação do metal duro 1 - O minério Scheelita ou tungstato de cálcio (CaWO4) é reduzido a trióxido de tungstênio (WO3). 2 - A redução do trióxido de tungstênio (WO3) pelo hidrogênio (H2) dá origem ao tungstênio (W) puro em partículas. 3 - O W é misturado a carbono puro (negro de fumo) e a mistura é levada a um forno onde se obtém carboneto de tungstênio. 4 - O carboneto é moído e misturado em um moinho de bolas com pó muito fino e puro de cobalto (Co). 5 - A mistura é comprimida (~400Mpa) a frio em matrizes obtendo-se pastilhas no formato desejado. 6 - As pastilhas são levadas a um forno de sinterização que trabalha sob 55
  56. 56. vácuo ou em atmosfera de hidrogênio (1350 a 1600o C). O material sofre uma contração de 15 a 22%. As pastilhas possuem elevada resistência à compressão (3500 N/mm2 ), dureza de 9,7 Mohs, mantendo elevada dureza até ~1000o C, sendo empregadas com sucesso na usinagem do ferro fundido e de materiais não ferrosos. Não se prestam para usinagem de aço devido ao forte atrito entre ferramenta e cavaco. O cavaco escorrega com grande pressão e sob elevada resistência, com forte geração de calor, formando-se rapidamente uma cratera sobre a face da ferramenta e lavando o gume ao esfacelamento. 6.2.3.2. Componentes dos metais duros e suas propriedades A adição de carboneto de titânio e de tântalo ao metal duro reduz grandemente o atrito. Estes carbonetos apresentam dureza maior que o de tungstênio. Atualmente são usados como componentes dos metais duros: 6.2.3.2.1. WC – Co: O carboneto de tungstênio é solúvel no cobalto, e em decorrência disso temos uma alta correspondência entre a resistência de ligação interna com boa resistência de gume. Por outro lado, o carboneto de tungstênio tem limitações de velocidade de corte devido a sua alta afinidade de difusão em temperaturas mais elevadas. 6.2.3.2.2. TiC: Os carbonetos de titânio têm pouca tendência à difusão, o que resulta em uma maior resistência a quente. No entanto, as ferramentas apresentarão uma menor resistência de ligação interna e uma menor resistência do gume. Metais duros com altos teores de TiC são frágeis e de fácil fissura, sendo usados para usinagem de materiais ferrosos em altas velocidades de corte. 6.2.3.2.3. TaC: Pequenas quantidades de carbonetos de tântalo diminuem o tamanho dos grãos aumentando a tenacidade e a resistência do gume. 6.2.3.2.4. NbC: Os carbonetos de nióbio apresentam efeito semelhante aos TaC. 56
  57. 57. Tabela 6.1 - Efeito de alguns elementos sobre o metal duro. 6.2.3.3. Subdivisão dos metais duros Os metais duros convencionais são divididos pela Norma ISO – 153-1975, segundo sua aplicação, em três grupos: P, M e K. 6.2.3.3.1. Grupo P Simbolizado pela cor azul, para usinagem de aço, aço fundido, Fo Fo maleável, nodular, ou ligado, ou seja, materiais de cavaco comprido. Possuem alta resistência a quente e pequeno desgaste abrasivo. Além de WC tem percentagens mais ou menos elevadas de TiC (até 35%) e de TaC (até 7%). 6.2.3.3.2. Grupo M Simbolizado pela cor amarela. Para usinagem de aço, aço fundido, aço ao Mn, Fo Fo ligado, aços inoxidáveis austeníticos, Fo Fo maleável e nodular e aços de corte livre, ou seja, para uso universal em condições satisfatórias. Constituem tipos intermediários entre os grupos P e K, apresentando resistência a quente relativamente boa e boa resistência à abrasão. 6.2.3.3.3. Grupo K Simbolizado pela cor vermelha. Para usinagem de Fo Fo comum e coquilhado, Fo Fo maleável de cavaco curto, aços temperados, não ferrosos, não metálicos, pedra e madeira, ou seja, materiais de cavaco curto. Possuem menor resistência a quente e alta resistência ao desgaste, sendo Elemento Quantidade relativa Efeito sobre Resistência ao desgaste Dureza a quente Resistência à formação de cratera Resistência mecânica Co Pequena Aumenta muito Aumenta Aumenta ligeiramente Diminui muito Grande Diminui muito Diminui Diminui ligeiramente Aumenta muito WC Pequena Diminui muito Diminui Diminui ligeiramente Aumenta muito Grande Aumenta muito Aumenta Aumenta ligeiramente Diminui muito TaC e NbC Pequena Aumenta ligeiramente Aumenta ligeiramente Aumenta ligeiramente Aumenta ligeiramente Grande Diminui ligeiramente Aumenta ligeiramente Aumenta grandemente Diminui ligeiramente TiC Pequena Aumenta ligeiramente Aumenta ligeiramente Aumenta ligeiramente Diminui ligeiramente Grande Aumenta grandemente Aumenta grandemente Aumenta moderadamente Diminui grandemente Grão fino Pequena Aumenta ligeiramente Pequeno efeito Aumenta ligeiramente Diminui grandemente Grande Aumenta grandemente Pequeno efeito Aumenta consideravelmente Diminui grandemente Grão grosseiro Pequena Diminui ligeiramente Pequeno efeito Diminui ligeiramente Aumenta ligeiramente Grande Diminui grandemente Pequeno efeito Diminui consideravelmente Aumenta grandemente 57
  58. 58. constituídos quase que totalmente de WC-Co. Os metais mais duros são usados para usinagens de acabamento (altas vc e baixas ap). Em geral, as pastilhas possuem ângulo de saída negativo. Os menos duros e mais tenazes (alto Co) são usados em cortes pesados de desbaste, baixas vc, cortes interrompidos, vibrações, máquinas velhas, etc. A tabela 6.2, a seguir, dá as recomendações de aplicação dos metais duros em função do grupo de aplicação e do grau de dureza. 6.2.3.4. Metais duros de múltiplas faixas de aplicação Partindo de matérias-primas de maior pureza e maior controle da sinterização, foi possível obter pastilhas de elevada resistência à flexão com mínima perda de dureza devido à granulometria mais fina e uniforme, distribuição mais perfeita dos carbonetos e melhor solubilidade dos carbonetos no metal de ligação. As pastilhas cobrem mais faixas de aplicação reduzindo os tipos necessários, existindo inclusive estudos para eliminar o grupo M. 6.2.3.5. Metais duros com uma camada de revestimento Foram desenvolvidos com o objetivo de explorar melhor as vantagens isoladas de alguns materiais de elevada dureza e estabilidade química. São compostos por uma base de metal duro tenaz sobre a qual se aplica uma ou mais camadas finas, duras, resistentes à abrasão e de fina granulometria de um material composto de carbonetos (TiC, HfC, ZrC, etc.), nitretos (TiN, HfN, ZrN, etc.), carbonitretos (TiCN) ou de óxidos (p. ex. Al2O3). Os revestimentos aumentam varias vezes a vida de ferramenta. Aplicações típicas em torneamento e fresamento. O processo de revestimento mais utilizado é a deposição de um vapor químico (CVD - Chemical Vapor Deposition). Tabela 6.2 - Grupos de aplicação de metais duros (ISO 153-1975) Cor Desig- nação Materiais a usinar Aplicação e condições de trabalho Direção de características crescentes AZUL P 01 Aço de 500 a 1400 N/mm2 . Aços fundidos com mais de 400 N/mm2 . Torneamento e mandrilado de acabamento, dimensões precisas e fino acabamento. Operação isenta de vibrações. vc=alto, A=pequeno, γn=negativo. Veloc. crescente P 10 Aços de baixo Cr. Aços fundidos. Torneamento de acabamento e desbaste leva, operações de cópia, abertura de roscas e fresagem de precisão. vc=alto, A=pequeno e médio, γn=negativo ou moderadamente positivo. 58
  59. 59. P 20 Aços de baixo Cr, aços inoxidáveis, aços fundidos. Fo Fo maleável de cavaco longo. Tornear, copiar, fresar, rosquear com vc e A médios, plainagem com avanços pequenos em máquinas rígidas, γn=negativo ou positivo. P 30 Aços inoxidáveis e aços resistentes ao calor Fo Fo maleável de cavaco longo Tornear, fresar, plainar. vc=média e baixa, A=média a grande. Operações de desbaste e usinagem em condições desfavoráveis*. P 40 Aço Aço fundido com inclusões de areia e cavidades Trabalhos gerais de desbaste em torno, plaina, fresa de ranhuras. vc=baixo, A=grande. Usinagem em condições desfavoráveis* em tornos automáticos. λn=positivo, mesmo em trabalhos pesados. P 50 Aço, aços fundidos de resistência média e baixa, com inclusões de areia e cavidades. Aços inoxidáveis austeníticos. Operações que exigem pastilhas muito tenazes; tornear, plainar, fresar ranhuras. vc=baixo, A=grande, possibilidade de γ=grande.. Usinagem em condições desfavoráveis* e trabalhos em tornos automáticos. AMARELO M 10 Aço, aço fundido, aço Mn, Fo Fo cinzento, Fo Fo ligado, maleável de cavaco curto, nodular. Torneamento com vc=média e alta e A=pequena ou média. Veloc.crescenteAvançocrescenteResist.aodesgaste M 20 Aço, aço fundido, aço austenítico ou Mn, Fo Fo cinzento, Fo Fo ligado Torneamento e fresagem. vc=média e alta e A=média. M 30 Aço, aço fundido, aço austenítico, Fo Fo cinzento e ligas resistentes a altas temperaturas. Trabalhos gerais de torno, fresadora, plaina. vc=média e A=média a grande. Condições de corte mais severas. M 40 Aços de baixa resistência, aços de corte fácil, materiais não-ferrosos, ligas leves. Aço inoxidável austenítico fundido. Tornear, corte com bedame, particularmente em tornos automáticos. vc=baixo e condições desfavoráveis*. VERMELHO K 01 Fo Fo cinzento muito duro, Fo Fo coquilhado, ligas de Al com alto Si, aço temperado, plásticos altamente abrasivos, papelão duro, cerâmica. Torneamento, usinagem de alta precisão e acabamento, mandrilado, fresagem, rasqueteado. Apenas cortes contínuos. Veloc.crescenteAvançocrescenteResist.aodesgasteTenacidade K 10 Fo Fo cinzento acima de 220 Brinell, Fo Fo maleável de cavaco curto, aço temperado, ligas de Al-Si e de cobre, plásticos, vidro, borracha dura, papelão duro, porcelana, pedras. Uso geral para ferros fundidos. Tornear, fresar furar, mandrilar, brochar, rasquetear. Desbaste e acabamento. K 20 Fo Fo cinzento até 220 Brinell, metais não-ferrosos, cobre, latão, alumínio. Tornear, fresar, plainar, mandrilar, brochar, exigindo pastilhas muito tenazes. K 30 Fo Fo cinzento de baixa dureza, aço de baixa resistência, madeira comprimida. Tornear, fresar, plainar, fresar ranhuras. Usinagem em condições desfavoráveis* e com possibilidade de uso de ângulos de corte grandes. K 40 Madeira macia ou dura, materiais fibrosos. Metais não-ferrosos Como acima, em trabalhos sujeitos a solicitações dinâmicas e condições extremamente desfavoráveis*. vc = velocidade de corte; A = f.ap = seção de usinagem; γn = ângulo de saída. * = material ou peças com formas que são difíceis de usinar: superfícies de peças fundidas ou forjadas, com incrustações de areia, carepas, dureza variável, etc; cortes de dimensões variáveis, cortes interrompidos, operações sujeitas a vibrações e efeitos dinâmicos. Figura 7.3 – Cegamento do gume com pedra de afiar. Recomenda-se: Para aço rápido - pedra abrasiva de grãos finos de Al2O3. Para metal duro - pedra de diamante, granulação 250 ou pedra de SiC, granulação 80 a 1120. Figura 7.4 – Pontos de desgaste na face (superfície de saída) e no flanco da ferramenta. a b 59
  60. 60. Figura 7.5 – Aspectos de desgaste na ferramenta: 1) face (superfície de saída); 2) flanco (superfície de incidência); B = largura da marca de desgaste. Figura 7.6 – Desgaste da ferramenta. VB = largura da marca de desgaste; KT = profundidade de cratera; KM = distância da cratera ao gume; D = deslocamento do gume; KL = faixa entre o gume e o início da cratera. 7.4.3. Cratera É a concavidade que se forma na face (superfície de saída) da ferramenta devido ao atrito da mesma com o cavaco (Figuras 7.4 e 7.5). A cratera é caracterizada pela sua profundidade KT e pela distância ao meio do gume KM (Figura 7.6). O colapso da ferramenta pode dar-se pela cratera, pela marca de desgaste ou pelo efeito combinado. O desgaste provoca um deslocamento do gume. 7.5. CAUSAS DO DESGASTE DA FERRAMENTA Os fatores principais de desgaste são: • Deformação plástica • Abrasão 60
  61. 61. • Aderência • Difusão • Oxidação • Correntes elétricas iônicas 7.5.1. Deformação plástica Ocorre quando a dureza a quente do material da ferramenta não é mais suficiente para resistir às pressões de usinagem, o que se verifica especialmente com maiores avanços. Figura 7.7 - Deformação plástica no gume de uma ferramenta de torneamento de aço rápido. 7.5.2. Abrasão É o arrancamento de finas partículas de material, em decorrência do escorregamento sob alta pressão e temperatura entre a peça e a ferramenta. Aumenta com o número de inclusões e partículas duras no aço (como carbonetos e óxidos). A presença de Al2O3 no aço é nociva devido a sua elevada dureza e abrasividade. A resistência à abrasão depende essencialmente da dureza do material da ferramenta. O aumento da vc aumenta a velocidade de desgaste, em virtude principalmente da redução da resistência ao desgaste da ferramenta causada pelo aumento da temperatura. 61
  62. 62. 7.5.3. Aderência A aderência entre o material da peça e as asperezas superficiais da ferramenta se deve à ação das altas temperaturas e pressões presentes na zona de corte e o fato de que a superfície inferior do cavaco, recém arrancada, apresenta-se limpa, sem camadas protetoras de óxidos e, portanto, quimicamente muito ativa. A prova de que tais aderências se podem formar, é o gume postiço; formado por partículas que se soldam na face da ferramenta e apresentam um elevado grau de deformação a frio, isto é, estão encruadas, duras e resistentes. Elas dificultam o deslizamento do cavaco, aumentando o coeficiente de atrito na face e provocando um maior recalque do cavaco. O aumento do atrito provoca um aumento progressivo da força de deslizamento do cavaco, até que as partículas soldadas são arrancadas. O arrancamento destas partículas pode-se dar por cisalhamento das asperezas da ferramenta, por separação na solda ou por cisalhamento dentro das próprias partículas. No primeiro caso ocorre maior desgaste na face da ferramenta. De modo geral, o deslocamento de partículas encruadas e duras separadas do gume postiço, sob alta pressão, provoca desgaste abrasivo no flanco e na face da ferramenta. O gume postiço ocorre em baixas velocidades de corte. O desgaste aumenta, inicialmente, com a velocidade, pois vão se alcançando temperaturas e pressões que favorecem a aderência. Já as velocidades mais elevadas, a temperatura sobe a ponto de amolecer as partículas aderidas, que recristalizam, enquanto o material da ferramenta, muito mais resistente ao calor, não é afetado. Não havendo mais condições de formação do gume postiço, o desgaste da ferramenta diminui, bem como o recalque do cavaco, pois o mesmo desliza mais facilmente pela face da ferramenta. 62
  63. 63. Figura 7.8 - Esquema da formação periódica do gume postiço. 7.5.4. Difusão Ocorre em temperaturas mais elevadas, em que as moléculas adquirem certa mobilidade. Para ferramentas de aço carbono e aço rápido, esta forma de desgaste não tem significação, pois a faixa de temperaturas de difusão é bem mais alta que a temperatura de amolecimento da ferramenta. Diferente é a situação nos metais duros, nos quais podem ocorrer os seguintes fenômenos em temperaturas na faixa de 700 a 1300ºC: Difusão do ferro na base do cobalto, formando uma liga de baixo ponto de fusão e de fácil desgaste. Difusão do cobalto no aço, com formação de uma camada de cristais mistos. Difusão do carbono, que é retirado dos carbonetos duros e imigra para o aço. Dissolução do carboneto de tungstênio na liga pastosa cobalto-carboneto de tungstênio-ferro, com formação de carbonetos mistos e duplos do tipo Fe3 W3 C, (FeW)6 e (FeW)23 C6 e liberação de carbono. O aumento da temperatura gera tensões no esqueleto de carbonetos do metal duro. Como o cobalto tem um coeficiente de expansão térmica cerca de quatro vezes maior do que o esqueleto de carbonetos, o aumento da temperatura provoca a expulsão sob alta pressão do cobalto e a geração de tensões no interior do metal duro. 63
  64. 64. Figura 7.9 - Representação esquemática do desgaste por difusão em ferramentas de metal duro. 7.5.5. Oxidação A oxidação, como ocorre no aquecimento de peças a altas temperaturas com a formação de carepas, pode ser causa de desgaste. A oxidação em baixas temperaturas é normalmente evitada por camadas protetoras de material oxidado. Aços-carbono, aços rápidos e Stellites só formam carepas em temperaturas bem superiores à de amolecimento da ferramenta. Por sua vez, os metais duros já iniciam a formação de carepas em temperaturas de 700 a 800ºC, ou seja, em temperaturas usuais de usinagem com este material. Experiências feitas demonstram, efetivamente, que na usinagem com metal duro em altas velocidades, o desgaste é menor numa atmosfera neutra do que na presença do ar. 7.5.6. Correntes elétricas São produzidas no contato entre peça e ferramenta durante a usinagem. Estas correntes podem ser explicadas como um fenômeno termoelétrico, gerando-se pelo aquecimento do ponto de união de um par de materiais distintos (termopar). Ensaios minuciosos realizados pelo Prof. Opitz e seus assistentes na Escola Superior Técnica de Aachen, levaram à conclusão que: Na usinagem, dependendo do par de materiais, a ferramenta constitui usualmente o pólo negativo. Em virtude das diferenças de temperatura nos diversos pontos da zona de corte, ocorrem na própria ferramenta circuitos fechados de corrente, os quais explicam a magnetização freqüente observada na mesma. A corrente medida no circuito máquina-peça-ferramenta é, portanto, apenas uma fração da corrente total gerada. A isolação pura e simples provoca, em alguns casos, uma pequena redução do desgaste da ferramenta. 64
  65. 65. A aplicação de uma corrente de compensação produz geralmente uma redução mais notável do desgaste, no flanco da ferramenta. 7.6. CRITÉRIOS PARA DETERMINAÇÃO DO FIM DE VIDA DA FERRAMENTA À medida que a ferramenta vai se desgastando, observam-se variações mais ou menos profundas no processo de usinagem. A temperatura se eleva progressivamente, a força de corte e a potência consumida aumentam, as dimensões da superfície usinada se alteram e o acabamento superficial piora. Em condições extremas, ocorre um faiscamento intenso no corte e a superfície usinada se apresenta áspera. Com ferramentas de aço rápido, ocorre um sobreaquecimento do gume, que amolece e fica com aspecto de queimado, ao mesmo tempo em que ocorre, subitamente, um violento efeito de frenagem da ferramenta sobre a peça, na qual se forma uma faixa altamente polida pelo atrito. Em ferramentas de metal duro o aumento das forças de corte, no caso de um desgaste excessivo, provoca o lascamento e destruição total do gume. A utilização de uma ferramenta até este ponto é de todo desaconselhável, pois será necessário um longo trabalho de reafiação com a remoção de uma extensa camada de material de corte, antes que se possa restabelecer um gume adequado. A fixação do ponto representativo do fim de vida de uma ferramenta é fundamental no estudo da usinabilidade. São utilizados na prática e nos ensaios de laboratório diversos critérios para determinar mais ou menos com exatidão este ponto, dependendo a escolha, em grande parte, das exigências da usinagem (precisão de medidas, grau de acabamento) e do material da ferramenta. Pode-se citar: 7.6.1. Falha completa da ferramenta: Inabilita para o corte, por superaquecimento (queima), lascamento ou quebra. Na prática não se recomenda ir até este ponto devido ao alto custo de reafiação ou aquisição da ferramenta. 7.6.2. Falha preliminar da ferramenta: Acusada pelo aparecimento na superfície usinada ou transitória da peça, de uma estreita faixa altamente polida, indicando forte atrito de escorregamento com o flanco da ferramenta. Ocorre faiscamento intenso. Este é um critério freqüentemente usado no emprego de ferramentas de aço rápido. 65
  66. 66. 7.6.3. Largura da marca de desgaste no flanco: Este é o critério de emprego mais freqüente na indústria para a determinação do fim de vida da ferramenta de metal duro e cerâmica. As ferramentas de metal duro perdem a eficiência de corte com 0,8 a 2mm de marca de desgaste. Ferramentas maiores, mais tenazes e em velocidades de corte mais baixas admitem maiores marcas de desgaste. Pastilhas mais duras e frágeis, como a cerâmica, admitem no máximo 0,5m de marca de desgaste. 7.6.4. Vibrações intensas da peça ou da ferramenta, ruídos fortes por vibração da máquina: Impedem o prosseguimento da usinagem. Podem ter origem no desgaste no flanco da ferramenta. 7.6.5. Profundidade de cratera KT ou distância KL: A profundidade KT de cratera pode ameaçar o lascamento da pastilha. A faixa remanescente KL entre o gume e o início da cratera pode se reduzir até ameaçar a integridade do gume. 7.6.6. Deficiência de acabamento superficial: Ocorre freqüentemente de maneira súbita e pronunciada do grau de acabamento superficial, a qual pode ser tomada como limite de vida da ferramenta. 7.6.7. Formação de rebarbas de usinagem na peça. 7.6.8. Brusca variação na forma dos cavacos. 7.6.9. Alterações de dimensões da peça: O desgaste provoca um deslocamento do gume, o que por sua vez determina uma alteração nas dimensões da peça usinada. Um deslocamento de 0,1mm no gume resulta um aumento de 0,2mm no diâmetro da peça. 7.6.10. Força de corte, torque ou potência. 7.6.11. Aumento da força de avanço: Este critério é usado especialmente em brocas. O aumento da força de avanço está intimamente ligado ao desgaste do flanco e, portanto, com a marca de desgaste. 7.6.12. Aumento na temperatura do gume. 66
  67. 67. 7.7. MÉTODOS USUAIS NA ESPECIFICAÇÃO DA VIDA DE UMA FERRAMENTA DE CORTE ENTRE DUAS REAFIAÇÕES SUCESSIVAS: • Tempo de máquina (principalmente em máquinas automáticas). • Tempo efetivo de corte (mais usual). • Volume do metal removido. • Número de peças usinadas. • Velocidade de corte equivalente (ou velocidade de Taylor): é a velocidade de corte que, sob um determinado conjunto de condições de corte, permite obter um tempo pré-fixado. Exemplo: V60 é a velocidade de corte para uma vida efetiva de 60 minutos. 67
  68. 68. unidade 8 - MEIOS LUBRI-REFRIGERANTES PARA A USINAGEM 8.1. OBJETIVOS: O emprego de meios lubri-refrigerantes (também chamados fluidos de corte, óleos de corte, meios de lubrificação e arrefecimento, líquidos refrigerantes, etc) tem por finalidade: • Aumentar a vida da ferramenta • Aumentar a eficiência de remoção de material • Melhorar o acabamento superficial • Reduzir a força e potência de corte. 8.2. FUNÇÕES: Os meios lubri-refrigerantes têm as seguintes funções básicas: • Refrigeração • Lubrificação • Proteção contra corrosão • Arrastamento dos cavacos • Eliminação do gume postiço Refrigeração da ferramenta - É especialmente importante em altas velocidades de corte. Quando se utiliza ao máximo as possibilidades ao máximo as possibilidades da ferramenta e a temperatura do gume se aproxima do ponto de amolecimento, pequeno esfriamento pode provocar grande aumento na vida da ferramenta. Assim, num ensaio sob determinadas condições de corte, o abaixamento da temperatura para 700ºC para 650ºC provocou um aumento de vida de 4 para 20 minutos e uma nova redução de temperatura para 600ºC elevou a vida da ferramenta para várias horas. A Tabela 8.1 indica a possibilidade de praticar velocidades de corte até 40% maiores com o uso de refrigeração intensa, mantida a mesma vida da ferramenta. 68
  69. 69. Tabela 8.1 - Coeficientes de correção da velocidade de corte para aços rápidos. Tipo de aço rápido Coeficiente multiplicador para usinagem com refrigeração a seco média intensiva 14-4-1 18-4-1 18-4-2 18-4-3 18-4-2 com 10% Co 18-4-2 com 18% Co 0,83 0,94 1,00 1,08 1,28 1,33 1,04 1,18 1,25 1,35 1,60 1,67 1,17 1,32 1,40 1,51 1,80 1,86 Lubrificação - Deve atuar especialmente na zona de contato da peça e do cavaco com a face da ferramenta. Para diminuir a temperatura no gume da ferramenta pode-se eliminar pela refrigeração o calor gerado, como também procurar reduzir a geração de calor. Este segundo caminho é realizado pela lubrificação. Verifica-se que o aquecimento se deve a dois fatores: atrito com a peça e com o cavaco, responsável por 25% do calor gerado; trabalho de dobramento do cavaco, responsável por 75% do calor gerado. A lubrificação atua, pois, diretamente, apenas sobre uma pequena parcela do calor gerado. Indiretamente, porém, verifica-se que a lubrificação diminui o fator de recalque do cavaco e, com isto, reduz, também, o trabalho de dobramento do cavaco. Tem sido muito discutido o mecanismo de atuação do fluído lubrificante, uma vez que a existência de pressões de contato entre cavaco e superfície de saída, da ordem de 2700 MPa e temperaturas por vezes superiores a 600ºC, tornam de todo impossível a hipótese de lubrificação hidrodinâmica, com formação de uma cunha de óleo semelhante à que ocorre em mancais. A viscosidade do lubrificante não tem nenhum efeito sobre o coeficiente de atrito. Uma explicação do mecanismo de lubrificação é a seguinte: as superfícies do cavaco e da peça não são absolutamente planas, mas apresentam irregularidades, nas quais pode penetrar o fluido de corte por capilaridade ou outra ação mecânica. Em face das pressões extremamente altas, entre as superfícies metálicas que escorregam uma sobre a outra, gera-se uma situação de atrito limite. As rugosidades mais salientes, em contato metálico, atritam-se e soldam-se momentaneamente. Fora dos pontos de contato existe uma película de lubrificante de espessura apenas molecular. Os aditivos existentes no lubrificante formam por 69

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