Processos de Usinagem I – teoria, geometria, forças, desgaste (PDF).pdf

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PROCESSOS DE
USINAGEM I
Prof. Arthur Bortolin Beskow
AULA 01

PROCESSOS DE USINAGEM I
2
EMENTA DA DISCIPLINA
Introdução aos processos de usinagem com ferramentas de
geometria definida. Caracterização das máquinas-ferramenta e
das ferramentas de corte. Avaliação dos parâmetros de entrada e
saída do processo. Otimização. Estudo das condições
econômicas.
OBJETIVOS DA DISCIPLINA
GERAL: Proporcionar ao aluno conhecimentos sobre os
fundamentos da usinagem dos metais com ferramentas de
geometria definida, suas características e aplicações.
ESPECÍFICOS:
a) Classificar os processos de fabricação e mostrar nesta a
importância da usinagem.
b) Fornecer maior embasamento dos processos mais usualmente
aplicados: torneamento, furação e fresamento.

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CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
1. INTRODUÇÃO À TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS
2. GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE
3. FORMAÇÃO DE CAVACOS
4. FORÇA E POTÊNCIA DE USINAGEM
5. TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM
6. FLUIDOS DE CORTE
7. MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE
8. AVARIAS, DESGASTES E MECANISMOS DE DESGASTE DAS
FERRAMENTAS DE CORTE
9. INTEGRIDADE SUPERFICIAL
10. CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE CORTE
11. PROCESSOS DE GERAÇÃO DE PERFIS: Mandrilamento,
Aplainamento, Brochamento, Serragem, Usinagem de
engrenagens.

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METODOLOGIA DE ENSINO
Aulas expositivas verbais. Aulas com recurso áudio-visual
(retro-projetor, canhão, vídeo). Aulas práticas em laboratório.
Visitas técnicas a empresas.
ATIVIDADES DISCENTES
Resolução de exercícios. Trabalho prático. Pesquisa
bibliográfica.
PROCEDIMENTOS DE AVALIAÇÃO
Serão feitas duas avaliações em forma de prova teórica.
Também será solicitado um trabalho em grupos de 4 alunos a
ser entregue e apresentado no final do semestre. A média do
aluno será obtida a partir da média aritmética de três notas,
notas das duas provas mais a nota do trabalho, como segue:
3
2
1 T
P
P
Nota
+
+
=

5
A média final mínima para aprovação será 5,0. Para que o aluno não
fique em exame, o mesmo deve tirar nota igual ou superior a 7,0.
O aluno que tiver nota no intervalo de 5,0 a 6,9 terá direito a fazer
o exame. O aluno que tiver nota inferior a 5,0 está
automaticamente reprovado. Para que o aluno seja aprovado no
exame, o mesmo deve ter a media aritmética da Nota (1) mais
Nota_Exame igual ou superior a 5,0, como segue:
FREQÜÊNCIA: Freqüência às aulas é obrigatória, exceto em casos
de doença ou circunstâncias especiais (ver manual acadêmico).
Alunos com excesso de faltas (acima de 25 % do total de aulas)
serão reprovados.
0
,
5
2
_
_ ≥
+
=
Exame
Nota
Nota
Final
Nota

6
CONSULTA: Os horários de consulta serão decididos na primeira
semana de aula em concordância com as disponibilidades dos
alunos e do professor. Consultas fora dos horários estabelecidos
deverão ser solicitadas pelo aluno ao professor (por correio-
eletrônico ou telefone) com alguma antecedência.
PARTICIPAÇÃO: O bom andamento do curso depende fortemente
da participação dos alunos nas aulas, que serão sempre
encorajados a apresentar perguntas, questionamentos e
comentários ao professor. Os alunos também deverão observar o
horário de início das aulas, não sendo permitidos atrasos acima de
certa tolerância.

7
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
1 - MACHADO, Álisson Rocha; COELHO, Reginaldo Teixeira; Teoria da
Usinagem dos Materiais; Editora Blucher, 2009.
2 - FERRARESI, Dino. Usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher,
2006.
3 - STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de Corte I. 6.ed. Florianópolis:
Editora da UFSC, 2005.
4 - STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de Corte II. 3.ed. Florianópolis:
Editora da UFSC, 2005.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
1-CHILDS, T. Metal Machining – Theory and Applications. London: Butterworth
– Heinemann, 2000.
2-TRENT, Edward M.; WRIGHT, Paul K. Metal Cutting. 4.ed. Boston:
Butterworth - Heinemann, 2000.
3-GONÇALVES, Antonio Carlos A. Guia prático para o recebimento de tornos
convencionais e a comando numérico. São Paulo: Edgard Blücher, 1991.
4- ASM INTERNATIONAL. Handbook Committee - Machining. ASM Handbook.
9.ed. United States Of America: ASM International, 1999.

8 Exame
19)
Prova 2
22/06/11
18)
Apresentação dos Trabalhos
15/06/11
17)
Apresentação dos Trabalhos
08/06/11
16)
INTEGRIDADE SUPERFICIAL, CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE CORTE
01/06/11
15)
TEMPERATURA NO PROCESSO DE USINAGEM E FLUIDOS DE CORTE
25/05/11
14)
FURAÇÃO E FRESAMENTO
18/05/11
13)
AVARIAS, DESGASTES E MECANISMOS DE DESGASTE DAS FERRAMENTAS DE CORTE
11/05/11
12)
Aula no Laboratório
04/05/11
11)
MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DE CORTE
27/04/11
10)
20/04/11
09)
Prova 1
13/04/11
08)
FORÇA E POTÊNCIA DE USINAGEM
06/04/11
07)
30/03/11
06)
FORMAÇÃO DE CAVACOS
23/03/11
05)
16/03/11
04)
09/03/11
03)
GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE
02/03/11
02)
INTRODUÇÃO À TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS E APRESENTAÇÃO DO
LABORATÓRIO
23/02/11
01)
Atividade
Data
Aula
Cronograma de Aulas
Engenharia Industrial Mecânica
PROCESSOS DE USINAGEM I - Código: 391540

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EVOLUÇÃO HISTÓRICA
Furadeira a arco
egípcia – 1500 A. C.
➔ 1.000 A.C. - Surgem os primeiros
tornos - Idade do Bronze – metais
predominantes Cu, Zn, Sn;
➔ 700 A.C. - processamento do ferro;
➔ SÉC. XIV - Desenvolvimento das
primeiras armas de fogo na Europa;
➔ SÉC. XVI - Torneamento
ornamental - Jaccques Benson.

10
Torno a arco – 1565
➔ SÉC. XVII – Melhoria nos
processos de fabricação de ferro e
aço;
➔ SÉC. XVIII - Primeiras obras
conhecidas sobre torneamento –
Jacques Plumier - L’ART DE
TORNEURS.

11

12
HISTÓRICO
Até a revolução industrial em meados do século XVIII o principal
material utilizado na construção mecânica era a madeira, sendo
facilmente trabalhada com ferramentas de aço carbono.
Porém durante a revolução industrial, com a criação das máquinas a
vapor, surgiu a necessidade de trabalhar materiais mais
resistentes como o latão, bronze e os ferros fundidos, desse modo,
impulsionado o desenvolvimento de materiais para ferramentas e
de máquinas operatrizes.
A primeira máquina significativa foi construída em 1774 e tratava de
uma mandriladora para mandrilar cilindros de máquinas a vapor.
Em 1797 foi desenvolvido o primeiro torno com avanço automático e
logo em seguida surgiu a plaina limadora.
Em 1860 foi criada a retificadora.
Em 1862 foi criada a primeira fresadora universal.

13
HISTÓRICO

14
HISTÓRICO
Já no século XX surtiram produtos feitos de materiais mais duráveis
e, consequentemente, mais difíceis de serem usinados. O advento
das ferramentas de aço rápido, e mais tarde de carboneto de
tungstênio, assim como do aperfeiçoamento das máquinas
ferramentas, permitiram a usinagem de aços mais duros e outros
materiais metálicos com alta produtividade.
O desenvolvimento das máquinas automáticas e de máquinas com
comando numérico tiveram papel fundamental no avanço da
produtividade.
A partir da década de 1940 os processos não convencionais de
usinagem passaram a ganhar importância pela capacidade de
produzir peças de geometria complexa em materiais de difícil
usinabilidade, garantindo elevada qualidade.

15
Exemplo:
Para produzir um Clipe. Primeiro ele deve ser projetado para atender
ao seu requisito funcional: manter junto várias folhas de papel.
Para tanto, deve exercer força suficiente a fim de evitar o
deslizamento de uma folha sobre a outra. Geralmente, é feito de
arame de aço. O comprimento do arame necessário para a sua
fabricação é cortado e então dobrado bárias vezes, para dar forma
final ao produto. Por sua vez, o arame é feito por um processo de
trefilação a frio, no qual a seção transversal de uma barra é
reduzida ao passar por uma matriz (ou fieira), a qual também
confere algumas propriedades mecânicas ao material, como
resistência mecânica e dureza. A barra, por sua vez, é obtida por
processos de trefilação e extrusão de um lingote fundido. Portanto,
a fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de
material adequado e de um método de fabricação para atender
aos requisitos de funcionalidade do produto.

16
SELEÇÃO DOS PROCESSOS
Na seleção dos processos os seguintes itens devem ser
considerados:
• Tipo de material e suas propriedades;
• Propriedades finais desejadas;
• Tamanho, forma e complexidade do componente;
• Tolerância e acabamento superficial exigidos;
• Processo subseqüente envolvido;
• Projeto e custos de ferramental; efeito do material na vida da
ferramenta ou matriz;
• Disponibilidade do equipamento e experiência operacionais;
• Lead time necessário para iniciar a produção;
• Número de partes requeridas e taxa de produção desejada;
• Custo total do processamento.
E ainda, a quantidade de peças que devem ser produzidas.

17
SELEÇÃO DOS PROCESSOS
O engenheiro responsável deve ter, portanto, amplos
conhecimentos dos processos e dos materiais
envolvidos. É evidente que a fabricação de um produto,
seja ele um clipe, uma lâmpada, uma calculadora ou
um automóvel, além de conhecimento de projeto,
materiais e processos, requer também grande interação
entre os diversos departamentos da empresa. Quanto
mais complexo o produto, maior a necessidade de
comunicação entre eles.

18
DEFINIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM
Uma definição clássica dos processos de usinagem é:
Processo de fabricação com remoção de cavaco.
De forma mais abrangente podemos dizer que usinagem é uma
operação que ao conferir à peça forma, dimensões e acabamento,
produz cavaco.
Por cavaco entende-se: porção de material da peça retirada pela
ferramenta e caracterizada por apresentar forma geométrica
irregular.

19
EXEMPLO

20
EXEMPLO
A maior parte de todos os produtos industrializados em alguma de
suas etapas de produção sofre algum processo de usinagem.

21
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
As operações de trabalho com metais podem ser divididas em dois
grupos:
Processos de usinagem.
Visa a obtenção de peças com a remoção de material da peça
(remoção de cavaco)
Processos de conformação:
Visa a obtenção de peças através da deformação plástica do
material.

23
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
1 Torneamento
2 Aplainamento
3 Furação
4 Alargamento
5 Rebaixamento
6 Mandrilamento
7 Fresamento
8 Serramento
9 Brochamento
10 Roscamento
11 Limagem
12 Rasqueteamento
13 Tamboramento
14 Retificação
15 Brunimento
16 Superacabamento
17 Lapidação
18 Espelhamento
19 Polimento
20 Lixamento
21 Jateamento
22 Afiação
23 Denteamento

24
Vídeos
Cosmo Center – 9 eixos - 1
Cosmo Center – 9 eixos - 2
Centro de usinagem com 5 eixos - 1
Centro de usinagem com 5 eixos – 2
Centro de usinagem com 5 eixos – 3
Centro de usinagem – 1
Centro de torneamento – 1
Ferramentas de corte

25
Torneamento
Processo mecânico de usinagem destinado a
obtenção de superfícies de revolução com auxílio
de uma ou mais ferramentas monocortantes.
Para tanto, a peça gira em torno do eixo principal
de rotação da máquina e a ferramenta se
desloca simultaneamente seguindo uma
trajetória coplanar com o referido eixo.
Vídeo
Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4; Animação 5;
Animação 6; Animação 7; Animação 8; Animação 9; Animação 10

26
Torneamento

27
TORNEAMENTO CILÍNDRICO
Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo
uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina.
Pode ser interno ou externo (figura 1.1).

28
TORNEAMENTO CILÍNDRICO
Quando o torneamento cilíndrico visa obter na peça um detalhe
circular, na face perpendicular ao eixo principal de rotação da
máquina, o torneamento é denominado sangramento axial (figura
1.2) e quando visa obter um canal ou secionar a peça radialmente,
o torneamento é denominado sangramento radial.

29
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 ou interno (figura 1.3).

30
TORNEAMENTO RADIAL
Processo de torneamento no qual a ferramenta se
desloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular
ao eixo de rotação da maquina. Quando o torneamento
radial visa a obtenção de uma superfície plana, o
torneamento é denominado torneamento de
faceamento.
PERFILAMENTO
Processo de torneamento no qual a ferramenta se
desloca segundo uma trajetória retilínea radial ou axial
(figura 1.5), visa a obtenção de uma forma definida,
determinada pelo perfil da ferramenta.

31
TORNEAMENTO COM FERRAMENTAS ESPECIAIS
VÍDEOS

32
Aplainamento
obtenção de superfícies regradas, geradas por
um movimento retilíneo alternativo da peça ou da
ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal
ou vertical. Quanto a finalidade, as operações de
aplainamento podem ser classificadas ainda em
aplainamento de desbaste e aplainamento de
acabamento.
Animação 6; Animação 7; Animação 8.

33
Aplainamento

36
Furação
obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa
peça, com auxilio 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.
Vídeo
Animação 1; Animação 2; Animação 3; Animação 4; Animação 5
Animação 6; Animação 7; Animação 8; Animação 9

37
Furação

38
FURAÇÃO EM CHEIO
Processo de furação destinado á abertura de um furo cilíndrico numa peça,
removendo todo o material compreendido no volume do furo final, na
forma de cavaco. No caso de furos de grande profundidade há
necessidade de ferramenta especial.
FURAÇÃO ESCALONADA
Processo de furação destinado á obtenção de um furo com dois ou mais
diâmetros, simultaneamente.
FURAÇÃO DE CENTROS
Processo de furação destinado à obtenção de furos de centro, visando uma
operação posterior na peça.
TREPANAÇÃO
Processo de furação em que apenas uma parte do material compreendido
no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo
maciço.

39
ESCAREAMENTO
Processo de furação destinado á abertura de um furo cilíndrico numa peça
pré-furada.
TREPANAÇÃO
Processo de furação em que apenas uma parte do material compreendido
no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo
maciço.

40
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.
Animação 1
Animação 2
Animação 3
Animação 4

41
REBAIXAMENTO
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma
forma qualquer na extremidade de um furo. 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.

42
Mandrilamento
obtenção de superfícies de revolução com auxílio
de uma ou várias ferramentas de barra. Para
tanto, a ferramenta gira e a peça ou ferramenta se
deslocam simultaneamente segundo uma
trajetória determinada.
Animação 1
Animação 2
Animação 3
Animação 4

43
Mandrilamento

44
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.
MANDRILAMENTO RADIAL
Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é plana e
perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta.

45
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.

46
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.
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,
mandrilamento de sangramento, etc.

47
Fresamento
obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio
de ferramentas geralmente multicortantes. Para
tanto, a ferramenta gira e a peça ou ferramenta se
desloca segundo uma trajetória qualquer.
Vídeo
Animação 9

48
Fresamento

49
FRESAMENTO CILÍNDRICO TANGENCIAL
Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana
paralela ao eixo de rotação da ferramenta. 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.

50
FRESAMENTO FRONTAL
Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana
perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta.
Há casos em que os dois tipos básicos de fresamento comparecem
simultaneamente, podendo haver ou não predominância de um
sobre o outro.

53
GERAÇÃO DE ENGRENAGENS
Animação

54
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.
Animação 1
Animação 2
Animação 3
Animação 4
Animação 5
Animação 6

55
Serramento

56
SERRAMENTO RETILÍNEO
Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo
uma trajetória retilínea, com movimento alternativo ou não. No
primeiro caso, o serramento é retilíneo alternativo no segundo
caso, o serramento é retilíneo contínuo.

57
SERRAMENTO CIRCULAR
Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu
eixo e a peça ou ferramenta se desloca figura.

58
Brochamento
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de
superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas
multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou peça se
desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou
paralela ao eixo da ferramenta.
Vídeo – Fabricação de engrenagens e Brochamento
Animação 1
Animação 2

59
Brochamento
CLASSIFICAÇÃO

60
BROCHAMENTO INTERNO
Processo de brochamento executado num furo passante da peça

61
BROCHAMENTO EXTERNO
Processo de brochamento executado numa superfície externa da
peça.

64
Roscamento
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.

65
Roscamento

66
LIMAGEM
Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de
superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes
(elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo

67
RASQUETEAMENTO
Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies
com auxílio de uma ferramenta monocortante

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