Ensaio de força de corte em torneamento

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: Usinagem 1
PROFESSOR: Márcio Bacci da Silva
Laboratório N.º 4 - Forças e Potências de Corte
Nomes:
Guilherme Augusto de Oliveira
Lucas Teófilo Vieira Fernandes
Uberlândia, 12 de Maio de 2010

2. 1. Objetivos
Verificar a influência dos parâmetros de corte na força e potência da usinagem na operação
de torneamento.
2. Materiais Utilizados
Torno CNC, dinamômetro, corpos de prova e ferramentas de metal duro, com ângulo de
posição igual a 75º, ângulo de saída igual a 5º e raio de ponta com um valor de 0,8 mm, um
fluido de corte de base vegetal (3%), peça de aço SAE1050 com 49,7 mm e diâmetro.
3. Procedimentos Experimentais
Serão realizadas operações de torneamento cilíndrico externo no aço SAE1050 utilizando
diferentes condições de corte, para a medição da força e potência de corte. Serão usinados
comprimentos de aproximadamente 15 mm para cada condição de corte e medir a força de
corte. Será variada a velocidade de corte, avanço e profundidade de corte. Para todas as
condições, calcula-se a potência de corte e o torque. Os resultados serão apresentados em
forma de uma tabela. Será mantida uma rotação de 2228 RPM para todos os ensaios.
4. Análise dos Resultados Obtidos
A seguir, consta a tabela com os resultados para a força, potência e torque de corte, bem
como os respectivos parâmetros de usinagem:
Teste Vc [m/min] f[mm/volta] ap [mm] Fc [N] N[Kw] T [N.m]
1 350 0,2 1 580 3,3833 14,4130
2 300 0,2 1 582 2,9100 14,4627
3 250 0,2 1 589 2,4542 14,6367
4 200 0,2 1 587 1,9567 14,5870
5 150 0,2 1 590 1,4750 14,6615
6 100 0,2 1 592 0,9867 14,7112
7 90 0,2 1 597 0,8955 14,8355
8 80 0,2 1 600 0,8000 14,9100
9 70 0,2 1 602 0,7023 14,9597
10 60 0,2 1 610 0,6100 15,1585
11 50 0,2 1 605 0,5042 15,0343
12 40 0,2 1 528 0,3520 13,1208
13 30 0,2 1 506 0,2530 12,5741
14 20 0,2 1 497 0,1657 12,3505
15 10 0,2 1 512 0,0853 12,7232

3. Teste Vc [m/min] f[mm/volta] ap [mm] Fc [N] N[Kw] T [N.m]
16 150 0,45 1 1185 2,9625 29,4473
17 150 0,4 1 1090 2,7250 27,0865
18 150 0,35 1 982 2,4550 24,4027
19 150 0,3 1 872 2,1800 21,6692
20 150 0,25 1 759 1,8975 18,8612
21 150 0,2 1 641 1,6025 15,9289
22 150 0,15 1 533 1,3325 13,2451
23 150 0,1 1 389 0,9725 9,6667
24 150 0,05 1 263 0,6575 6,5356
25 150 0,2 4 2300 5,7500 57,1550
26 150 0,2 3,5 2028 5,0700 50,3958
27 150 0,2 3 1790 4,4750 44,4815
28 150 0,2 2,5 1481 3,7025 36,8029
29 150 0,2 2 1188 2,9700 29,5218
30 150 0,2 1,5 944 2,3600 23,4584
31 150 0,2 1 661 1,6525 16,4259
32 150 0,2 0,5 315 0,7875 7,8278
Na seqüência, serão mostrados gráficos diversos (VxF, VxP, VxT) para os diversos
parâmetros de usinagem:
Gráfico 1 – Variação da velocidade de corte pela Força de usinagem
Durante os testes, utilizou-se um eixo de aço SAE 1050. Como era previsto na teoria,
quando este material é usinado a baixas velocidades de corte, ocorre a formação da aresta
0
100
200
300
400
500
600
700
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Vc [m/min] x Fc [N]

4. postiça de corte (APC). Analisando os pontos dos testes 14 e 15, percebe-se que a força de
corte diminui com o aumento da velocidade de corte. Tal fato pode ser justificado pela
ocorrência da APC. O ponto do teste 14 corresponde ao valor mínimo da força de corte (497 N),
onde as dimensões da APC são máximas. O aumento da velocidade de corte além deste ponto
faz com que a APC seja reduzida nas suas dimensões e entre no regime instável e, por
conseguinte a força de corte começa a aumentar até o ponto de velocidade crítica (teste 10),
onde a velocidade e corte é igual a 60m/min. A partir deste ponto, a APC não se apresenta
mais. Com maiores velocidades de corte, haverá maior geração de calor, e consequentemente
uma maior facilidade para deformação do material, e também uma ligeira redução na área de
contato cavaco e ferramenta. Observando o gráfico 1 , fica evidente que há uma discreta queda
nas forças de usinagem com o aumento das velocidades de corte. A curva que relaciona a
velocidade de corte com o Torque de usinagem é análoga à que foi apresentada no gráfico 1,
apenas se alterando a escala para o eixo y (torque), pois este é dado pela multiplicação das
forças de usinagem e o raio da peça usinada, como está evidente no gráfico 2:
Gráfico 2 - Variação da velocidade de corte pelo Torque de usinagem
Para a obtenção do gráfico 3, manteve-se a profundidade de corte e o avanço
constantes. O aumento da velocidade de corte provoca um aumento das forças de usinagem, e
conseqüentemente, há um aumento da potência da usinagem.
0,0000
2,0000
4,0000
6,0000
8,0000
10,0000
12,0000
14,0000
16,0000
0 100 200 300 400
Vc [m/min] x T [N.m]

5. Gráfico 3 - Variação da velocidade de corte pela potência de usinagem
Para os pontos dos testes 16 até 0 24, tem-se o gráfico 4:
Gráfico 4 – Variação do avanço pela força de usinagem
O aumento do avanço causa um aumento das áreas de cisalhamento primário e
secundário, como conseqüência, ocorre um aumento da força de usinagem, numa proporção
praticamente linear, como apresenta-se no gráfico 4.
0,0000
0,5000
1,0000
1,5000
2,0000
2,5000
3,0000
3,5000
4,0000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Vc [m/min] x N[Kw]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
f[mm/volta] x Fc [N]

6. Dos pontos dos testes 25 ao 32, construiu-se o gráfico 5:
Gráfico 5 - Variação da profundidade de corte pela força de usinagem
Nota-se que há uma relação praticamente linear entre a profundidade de corte e a força
de usinagem, semelhantemente ao que ocorre com a relação entre avanço e força de usinagem.
Se a variação da profundidade de corte fosse a mesma que foi utilizada para o avanço, a
variação das forças de usinagem provocadas pelo aumento do avanço seriam maiores. Neste
teste, como variou-se em escala maior a profundidade de corte, obteve-se maiores valores para
as forças de usinagem.
Dos pontos 16 ao 24, construiu o gráfico 6:
Gráfico 6 - Variação do avanço pela potência de usinagem
0
500
1000
1500
2000
2500
0 1 2 3 4 5
ap[mm] x Fc [N]
0,0000
0,5000
1,0000
1,5000
2,0000
2,5000
3,0000
3,5000
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
f[mm/volta] x N[Kw]

7. Para estes pontos, a velocidade de corte foi constante (150m/min.), nota-se que o
aumento da profundidade de corte causa um aumento da força de usinagem, e, por
conseqüência, aumenta a potência de usinagem. Tal relação é aproximadamente linear.
Dos pontos 25 ao 32, levanta-se a seguinte curva:
Gráfico 7 - Variação da profundidade de corte pela potência de usinagem
Como explicou-se para o gráfico 5, que há uma relação praticamente linear entre a
profundidade de corte e a força de usinagem, semelhantemente ao que ocorre com a relação
entre avanço e força de usinagem. Logo, para maiores forças de usinagem, serão requeridas
maiores potências a serem disponibilizadas pela máquina.
0,0000
0,5000
1,0000
1,5000
2,0000
2,5000
3,0000
3,5000
4,0000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
ap [mm] x N[Kw]