Apostila de Usinagem

Processos de fabricacao por usinagem

Filipi Damasceno Vianna

Porto Alegre, 12 de marco de 2013

Sumario

1 Classificacao dos processos mecanicos de usinagem 51.1 Torneamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.1 Torneamento retilneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.2 Torneamento curvlineo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Aplainamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.3 Furacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.1 Furacao em cheio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.2 Escareamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.3 Furacao escalonada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.4 Furacao de centros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.5 Trepanacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4 Alargamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.4.1 Alargamento de desbaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.4.2 Alargamento de acabamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.5 Rebaixamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.6 Mandrilamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.6.1 Mandrilamento cilndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.6.2 Mandrilamento radial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.6.3 Mandrilamento conico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.6.4 Mandrilamento de superfcies especiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.7 Fresamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.7.1 Fresamento cilndrico tangencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.7.2 Fresamento frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.8 Serramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.8.1 Serramento retilneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.8.2 Serramento circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.9 Brochamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.9.1 Brochamento interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.9.2 Brochamento externo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.10 Roscamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.10.1 Roscamento interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.10.2 Roscamento externo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.11 Limagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.12 Rasqueteamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.13 Tamboramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Faculdade de Engenharia PUCRS

SUMARIO 2

1.14 Retificacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.14.1 Retificacao tangencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.14.2 Retificacao frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.15 Brunimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.16 Superacabamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.17 Lapidacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.18 Espelhamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.19 Polimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.20 Lixamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.21 Jateamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.22 Afiacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.23 Denteamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.24 Resumo das operacoes de usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2 Processos nao-convencionais de usinagem 312.1 Usinagem por descarga eletrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.2 Usinagem eletroqumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.3 Usinagem por feixe eletronico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.4 Usinagem a laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.5 Usinagem a plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3 Principais parametros comuns aos processos de usinagem 333.1 Definicoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.2 Tipos de operacoes de usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.3 Movimentos de usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3.1 Movimentos ativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.3.2 Movimentos passivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.3.3 Conceitos auxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.3.4 Velocidade de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.3.5 Velocidade de avanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.3.6 Ferramentas de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.3.7 Mecanismo de formacao de cavaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.8 Classificacao de ferramentas de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.3.9 Falha e desgaste da ferramenta de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.3.10 Causas do desgaste da ferramenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.3.11 Criterios para a determinacao do fim da vida util da ferramenta . . . . . . . . 453.3.12 Metodos usuais de especificacao da vida util da ferramenta . . . . . . . . . . 463.3.13 Fatores de influencia na rugosidade da peca . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.3.14 Curva de vida da ferramenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4 Forcas durante a usinagem 514.1 Potencias de usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.2 Relacao entre potencia de corte e de avanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.3 Potencia fornecida pelo motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.4 Forca de corte condicoes de trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54


SUMARIO 3

4.5 Calculo da pressao especfica de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554.6 Escolha do avanco, da profundidade de corte e da velocidade de corte . . . . . . . . 56

5 Fluidos de corte 585.1 Fluidos de corte historico e aspectos gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.2 Funcoes do fluido de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595.3 Fluido de corte como refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595.4 Fluido de corte como lubrificante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595.5 Selecao do fluido de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605.6 Tendencias de desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605.7 Fluidos de corte recomendados para algumas operacoes de usinagem. . . . . . . . . 60

6 Usinabilidade dos metais 636.1 Conceito de usinabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636.2 Fatores que afetam a usinabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.2.1 Caractersticas intrnsecas do material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636.2.2 Variaveis na preparacao do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646.2.3 Parametros de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

6.3 Usinabilidade Propriedades dos materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646.3.1 Dureza e resistencia mecanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646.3.2 Ductilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646.3.3 Condutividade termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.4 Classificacao dos metais segundo a sua usinabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

7 Automatizacao de processos 677.1 Historico e conceitos basicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

7.1.1 Definicao de Sistemas com CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677.1.2 Historico: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677.1.3 Classificacao do CN quanto ao comando eletronico . . . . . . . . . . . . . . 687.1.4 Classificacao do CN quanto ao movimento dos carros . . . . . . . . . . . . . 697.1.5 Comando numerico com computador (CNC - computer numerical control) . 717.1.6 Comando numerico adaptativo (CNA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

8 Uso do CN em maquinas operatrizes 758.1 Caractersticas de usinagem com maquinas com CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758.2 Tipos de maquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

8.2.1 Centros de torneamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798.2.2 Fresadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798.2.3 Furadeiras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798.2.4 Eletro-erosao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808.2.5 Retificadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818.2.6 Plainadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

8.3 Centros de usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828.3.1 Centros de usinagem verticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828.3.2 Centros de usinagem horizontais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83


SUMARIO 4

8.3.3 Sistemas integrados de fabricacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848.4 Descricao do CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

8.4.1 Unidades que compoem o CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848.4.2 Elementos de entrada de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848.4.3 Elementos de sada de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 858.4.4 Descricao generica do conjunto CN/maquina operatriz . . . . . . . . . . . . 86

8.5 Operacao e programacao de maquinas com CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 888.5.1 Arquitetura de um sistema de comando numerico . . . . . . . . . . . . . . . 888.5.2 Modos de operacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908.5.3 Programacao de maquinas CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.6 Simulacao de operacoes de maquinas CN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 958.6.1 Por que simular a operacao? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 958.6.2 O que e um simulador? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 978.6.3 Relacao com o Pos-processador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 978.6.4 Estrutura de um simulador convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 988.6.5 Questao do desempenho comparado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 988.6.6 Tempos de programacao e testagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98


Captulo 1

Classificacao dos processos mecanicos deusinagem

1.1 TorneamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de superfcies de revolucao com auxlio

de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peca gira em torno do eixo principal derotacao da maquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetoria coplanar como referido eixo. Quanto a` forma da trajetoria, o torneamento pode ser retilneo ou curvilneo.

1.1.1 Torneamento retilneoProcesso de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria retilnea. O

torneamento retilneo pode ser:

Torneamento cilndrico

Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria paralela ao eixoprincipal de rotacao da maquina. Pode ser interno ou externo (figura 1.1). Quando o torneamentocilndrico visa obter na peca um detalhe circular, na face perpendicular ao eixo principal de rotacaoda maquina, o torneamento e denominado sangramento axial (figura 1.2).

Figura 1.1: Torneamento cilndrico externo (esquerda). Torneamento cilndrico interno (direita).


1.1. TORNEAMENTO 6

Figura 1.2: Sangramento axial

Torneamento conico

Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria retilnea, incli-nada em relacao ao eixo principal de rotacao da maquina. Pode ser externo ou interno (figura 1.3).

Figura 1.3: Torneamento conico externo (esquerda). Torneamento conico interno (direita).

Torneamento radial

Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria retilnea, per-pendicular ao eixo de rotacao da maquina. Quando o torneamento radial visa a obtencao de umasuperfcie plana, o torneamento e denominado torneamento de faceamento (figura 1.4). Quando otorneamento radial visa a obtencao de um entalhe circular, o torneamento e denominado sangramentoradial (figura 1.4).

Perfilamento

Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria retilnea radialou axial (figura 1.5), visa a obtencao de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta.

1.1.2 Torneamento curvlineoProcesso de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria curvilnea (fi-

gura 1.6). Quando a` finalidade, as operacoes de torneamento podem ser classificadas ainda em tor-neamento de desbaste e torneamento de acabamento. Entende-se por acabamento a operacao deusinagem destinada a obter na peca as dimensoes finais, ou o acabamento superficial especificado, ou


1.1. TORNEAMENTO 7

Figura 1.4: Torneamento de faceamento (esquerda). Sangramento radial (direita).

Figura 1.5: Perfilamento radial (esquerda). Perfilamento axial (direita).

ambos. O desbaste e a operacao de usinagem anterior a` de acabamento, visando obter na peca formae dimensoes proximas das finais.

Figura 1.6: Torneamento curvilneo.


1.2. APLAINAMENTO 8

1.2 AplainamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de superfcies regradas, geradas por movi-

mento retilneo alternativo da peca ou da ferramenta (figuras 1.7 a 1.10). O aplainamento pode serhorizontal ou vertical. Quanto a` finalidade, as operacoes de aplainamento podem ser classificadasainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de acabamento.

Figura 1.7: Aplainamento de guias (esquerda). Aplainamento de superfcies (direita).

Figura 1.8: Aplainamento de perfis (esquerda). Aplainamento de rasgos de chaveta (direita).

1.3 FuracaoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de um furo geralmente cilndrico numa

peca, com o auxlio de uma ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou apeca giram e simultaneamente a ferramenta ou a peca se deslocam segundo uma trajetoria retilnea,coincidente ou paralela ao eixo principal da maquina. A furacao subdivide-se nas operacoes:


1.3. FURACAO 9

Figura 1.9: Aplainamento de rasgos (esquerda). Aplainamento de ranhuras em T (direita).

Figura 1.10: Aplainamento de superfcies cilndricas (esquerda). Aplainamento de superfciescilndricas de revolucao (direita).

1.3.1 Furacao em cheioProcesso de furacao destinado a` abertura de um furo cilndrico numa peca, removendo todo o

material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco (figura 1.11). No caso de furosde grande profundidade ha necessidade de ferramenta especial (figura 1.11).

1.3.2 EscareamentoProcesso de furacao destinado a` abertura de um furo cilndrico numa peca pre-furada (figura 1.12).

1.3.3 Furacao escalonadaProcesso de furacao destinado a` obtencao de um furo com dois ou mais diametros, simultanea-

mente (figura 1.13).

1.3.4 Furacao de centrosProcesso de furacao destinado a` obtencao de furos de centro, visando uma operacao posterior na

peca (figura 1.14).


1.4. ALARGAMENTO 10

Figura 1.11: Furacao em cheio (esquerda). Furacao profunda em cheio (direita).

Figura 1.12: Escareamento.

1.3.5 TrepanacaoProcesso de furacao em que apenas uma parte do material compreendido no volume do furo final

e reduzida a cavaco, permanecendo um nucleo macico (figura 1.15).

1.4 AlargamentoProcesso mecanico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilndricos ou

conicos, com auxlio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a pecagiram e a ferramenta ou a peca se deslocam segundo uma trajetoria retilnea, coincidente ou paralelaao eixo de rotacao da ferramenta. O alargamento pode ser:


1.4. ALARGAMENTO 11

Figura 1.13: Furacao escalonada.

Figura 1.14: Furacao de centros.

Figura 1.15: Trepanacao.

1.4.1 Alargamento de desbasteProcesso de alargamento destinado ao desbaste da parede de um furo cilndrico ou conico (figura

1.16).

1.4.2 Alargamento de acabamentoProcesso de alargamento destinado ao acabamento da parede de um furo cilndrico ou conico

(figura 1.17).


1.5. REBAIXAMENTO 12

Figura 1.16: Alargamento cilndrico de desbaste (esquerda). Alargamento conico de desbaste (di-reita).

Figura 1.17: Alargamento cilndrico de acabamento (esquerda). Alargamento conico de acabamento(direita).

1.5 RebaixamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de uma forma qualquer na extremidade de

um furo. Para tanto, a ferramenta ou a peca giram e a ferramenta ou a peca se deslocam segundo umatrajetoria retilnea, coincidente ou paralela ao eixo de rotacao da ferramenta (figuras 1.18 a 1.20).

Figura 1.18: Tipos de rebaixamento guiado.

1.6 MandrilamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de superfcies de revolucao com auxlio de

uma ou varias ferramentas de barra. Para tanto, a ferramenta gira e a peca ou a ferramenta se deslocamsimultaneamente segundo uma trajetoria determinada.


1.6. MANDRILAMENTO 13



1.6.1 Mandrilamento cilndricoProcesso de mandrilamento no qual a superfcie usinada e cilndrica de revolucao, cujo eixo coin-

cide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta (figura 1.21).

Figura 1.21: Mandrilamento cilndrico (esquerda). Mandrilamento radial (direita).

1.6.2 Mandrilamento radialProcesso de mandrilamento no qual a superfcie usinada e plana e perpendicular ao eixo em torno

do qual gira a ferramenta (figura 1.21).


1.7. FRESAMENTO 14

1.6.3 Mandrilamento conicoProcesso de mandrilamento no qual a superfcie usinada e conica de revolucao, cujo eixo coincide

com o eixo em torno do qual gira a ferramenta (figura 1.22).

Figura 1.22: Mandrilamento conico.

1.6.4 Mandrilamento de superfcies especiaisProcesso de mandrilamento no qual a superfcie usinada e uma superfcie de revolucao, diferente

das anteriores, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. Exemplos: mandri-lamento esferico (figura 1.23), mandrilamento de sangramento, etc.

Figura 1.23: Mandrilamento esferico.

Quanto a` finalidade, as operacoes de mandrilamento podem ser classificadas ainda em mandrila-mento de desbaste e mandrilamento de acabamento.

1.7 FresamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de superfcies quaisquer com auxlio de

ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peca ou a ferramenta sedeslocam segundo uma trajetoria qualquer. Distinguem-se dois tipos basicos de fresamento:


1.7. FRESAMENTO 15

1.7.1 Fresamento cilndrico tangencialProcesso de fresamento destinado a` obtencao de superfcie plana paralela ao eixo de rotacao da

ferramenta (figuras 1.24 a 1.26). Quando a superfcie obtida nao for plana ou o eixo de rotacao daferramenta for inclinado em relacao a` superfcie originada na peca, sera considerado um processoespecial de fresamento tangencial.

Figura 1.24: Fresamento cilndrico tangencial.

Figura 1.25: Fresamento cilndrico tangencial concordante (esquerda). Fresamento cilndrico tangen-cial discordante (direita).

1.7.2 Fresamento frontalProcesso de fresamento destinado a` obtencao de superfcie plana perpendicular ao eixo de rotacao

da ferramenta (figura 1.27).O caso de fresamento indicado na figura 1.28 e considerado como um caso especial de fresamento

frontal.Ha casos em que os dois tipos basicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo

haver ou nao predominancia de um sobre o outro (figura 1.29).


1.7. FRESAMENTO 16

Figura 1.26: Fresamento tangencial de encaixes tipo rabo-de-andorinha (esquerda). Fresamentotangencial de perfil (direita).

Figura 1.27: Fresamento frontal (esquerda). Fresamento frontal de canaletas com fresa de topo (di-reita).

Figura 1.28: Fresamento frontal (caso especial).


1.8. SERRAMENTO 17

Figura 1.29: Fresamento predominantemente frontal (esquerda). Fresamento predominantementetangencial (direita).

A operacao indicada na figura 1.30 pode ser considerada como fresamento composto.

Figura 1.30: Fresamento composto.

1.8 SerramentoProcesso mecanico de usinagem destinado ao seccionamento ou recorte de pecas com auxlio de

ferramentas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ouexecuta ambos os movimentos e a peca se desloca ou se mantem parada. O serramento pode ser:

1.8.1 Serramento retilneoProcesso de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetoria retilnea, com

movimento alternativo ou nao. No primeiro caso, o serramento e retilneo alternativo (figura 1.31);no segundo caso, o serramento e retilneo contnuo (figura 1.32).

1.8.2 Serramento circularProcesso de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a peca ou ferramenta se

desloca figura (figuras 1.8.2 e 1.34).


1.9. BROCHAMENTO 18

Figura 1.31: Serramento alternativo.

Figura 1.32: Serramento contnuo (seccionamento) (esquerda). Serramento contnuo (recorte) (di-reita).

Figura 1.33: Tipos de serramento circular.

1.9 BrochamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de superfcies quaisquer com auxlio de

ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peca se deslocam segundo uma trajetoriaretilnea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. O brochamento pode ser:

1.9.1 Brochamento internoProcesso de brochamento executado num furo passante da peca (figura 1.35).


1.10. ROSCAMENTO 19

Figura 1.34: Serramento com rebolo de corte.

Figura 1.35: Brochamento interno.

1.9.2 Brochamento externoProcesso de brochamento executado numa superfcie externa da peca (figura 1.36).

Figura 1.36: Brochamento externo.

1.10 RoscamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de filetes, por meio da abertura de um ou

varios sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfcies cilndricas ou conicas de revolucao. Paratanto, a peca ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetoriaretilnea paralela ou inclinada ao eixo de rotacao. O roscamento pode ser interno ou externo.


1.11. LIMAGEM 20

1.10.1 Roscamento internoProcesso de roscamento executado em superfcies internas cilndricas ou conicas de revolucao

(figuras 1.37 e 1.38).

Figura 1.37: Roscamento interno com ferramenta de perfil unico (esquerda). Roscamento internocom ferramenta de perfil multiplo (direita).

Figura 1.38: Roscamento interno com macho (esquerda). Roscamento interno com fresa (direita).

1.10.2 Roscamento externoProcesso de roscamento executado em superfcies externas cilndricas ou conicas de revolucao

(figuras 1.39 a 1.41).

1.11 LimagemProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de superfcies quaisquer com auxlio de

ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contnuo ou alternativo (figura1.42).


1.12. RASQUETEAMENTO 21

Figura 1.39: Roscamento externo com ferramenta de perfil unico (esquerda). Roscamento externocom ferramenta de perfil multiplo (direita).

Figura 1.40: Roscamento externo com cossinete (esquerda). Roscamento externo com jogo de pentes(direita).

Figura 1.41: Roscamento externo com fresa de perfil unico (esquerda). Roscamento externo comfresa de perfil multiplo (direita).

1.12 RasqueteamentoProcesso manual de usinagem destinado a` ajustagem de superfcies com auxlio de uma ferra-

menta monocortante (figura 1.43).


1.13. TAMBORAMENTO 22

Figura 1.42: Limagem contnua com lima de disco (esquerda). Limagem contnua com lima desegmentos (direita).

Figura 1.43: Rasqueteamento.

1.13 TamboramentoProcesso mecanico de usinagem no qual as pecas sao colocadas no interior de um tambor rotativo,

juntamente ou nao com materiais especiais, para serem rebarbadas ou receberem um acabamento(figura 1.44).

1.14 RetificacaoProcesso de usinagem por abrasao destinado a` obtencao de superfcies com auxlio de ferramenta

abrasiva de revolucao. Para tanto, a ferramenta gira e a peca ou a ferramenta se desloca segundo umatrajetoria determinada, podendo a peca girar ou nao. A retificacao pode ser frontal ou tangencial.

1.14.1 Retificacao tangencialProcesso de retificacao executado com a superfcie de revolucao da ferramenta. Pode ser:


1.14. RETIFICACAO 23

Figura 1.44: Tamboramento.

Retificacao cilndrica

Processo de retificacao tangencial no qual a superfcie usinada e uma superfcie cilndrica. Estasuperfcie pode ser interna ou externa, de revolucao ou nao. Quanto ao avanco automatico da fer-ramenta ou da peca, a retificacao cilndrica pode ser com avanco longitudinal da peca, com avancoradial do rebolo, com avanco circular do rebolo ou com avanco longitudinal do rebolo.

Figura 1.45: Retificacao cilndrica externa com avanco longitudinal (esquerda). Retificacao cilndricaexterna com avanco radial (direita).

Retificacao conica

Processo de retificacao tangencial no qual a superfcie usinada e uma superfcie conica (figura1.47). Esta superfcie pode ser interna ou externa. Quanto ao avanco automatico da ferramenta ouda peca, a retificacao conica pode ser com avanco longitudinal da peca, com avanco radial do rebolo,com avanco circular do rebolo ou com avanco longitudinal do rebolo.

Retificacao de perfis

Processo de retificacao tangencial no qual a superfcie usinada e uma superfcie qualquer geradapelo perfil do rebolo (figura 1.48).



Figura 1.46: Retificacao cilndrica interna com avanco longitudinal (esquerda). Retificacao cilndricainterna com avanco circular (direita).

Figura 1.47: Retificacao conica externa com avanco longitudinal.

Figura 1.48: Retificacao de perfil com avanco radial (esquerda). Retificacao de perfil com avancolongitudinal (direita).

Retificacao plana

Processo de retificacao tangencial no qual a superfcie usinada e uma superfcie plana (figura1.49).



Figura 1.49: Retificacao tangencial plana.

Retificacao cilndrica sem centros

Processo de retificacao cilndrica no qual a peca sem fixacao axial e usinada por ferramentasabrasivas de revolucao, com ou sem movimento longitudinal da peca (figura 1.50).

A retificacao sem centros pode ser com avanco longitudinal da peca (retificacao de passagem) oucom avanco radial do rebolo (retificacao em mergulho) (figura 1.51).

Figura 1.50: Retificacao cilndrica sem centros com avanco em fileira de pecas.

Figura 1.51: Retificacao cilndrica sem centros com avanco longitudinal contnuo da peca (esquerda).Retificacao cilndrica sem centros com avanco radial (direita).


1.15. BRUNIMENTO 26

1.14.2 Retificacao frontalProcesso de retificacao executado com a face do rebolo. E geralmente executada na superfcie

plana da peca, perpendicularmente ao eixo do rebolo.A retificacao frontal pode ser com avanco retilneo da peca, ou com avanco circular da peca (figura

1.52).

Figura 1.52: Retificacao frontal com avanco retilneo da peca (esquerda). Retificacao frontal comavanco circular da peca (direita).

1.15 BrunimentoProcesso mecanico de usinagem por abrasao, empregado no acabamento de furos cilndricos de

revolucao, no qual todos os graos ativos da ferramenta abrasiva estao em constante contato com asuperfcie da peca e descrevem trajetorias helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a peca gira e sedesloca axialmente com movimento alternativo (figura 1.53).

Figura 1.53: Brunimento.


1.16. SUPERACABAMENTO 27

1.16 SuperacabamentoProcesso mecanico de usinagem por abrasao empregado no acabamento de pecas, no qual os

graos ativos da ferramenta abrasiva estao em constante contato com a superfcie da peca. Para tanto, aferramenta ou peca gira lentamente e a ferramenta se desloca com movimento alternativo de pequenaamplitude e frequencia relativamente grande (figura 1.54).

Figura 1.54: Superacabamento cilndrico (esquerda). Superacabamento plano (direita).

1.17 LapidacaoProcesso mecanico de usinagem por abrasao executado com abrasivo aplicado por porta ferra-

menta adequado, com o objetivo de se obter as dimensoes especificadas da peca (figura 1.55).

Figura 1.55: Lapidacao.

1.18 EspelhamentoProcesso mecanico de usinagem por abrasao no qual e dado o acabamento final da peca por meio

de abrasivos, associados a um porta-ferramenta especfico para cada tipo de operacao, com o fim dese obter uma superfcie especular.


1.19. POLIMENTO 28

1.19 PolimentoProcesso mecanico de usinagem por abrasao no qual a ferramenta e constituda por um disco ou

conglomerado de discos revestidos de substancias abrasivas (figura 1.56).

Figura 1.56: Polimento com disco com abrasivo (esquerda). Polimento com conglomerado de discoscom abrasivo (direita).

1.20 LixamentoProcesso mecanico de usinagem por abrasao, executado por abrasivo aderido a uma tela e movi-

mentado com pressao contra a peca (figura 1.57).

Figura 1.57: Lixamento com folhas abrasivas (esquerda). Lixamento com fita abrasiva (Direita).

1.21 JateamentoProcesso mecanico de usinagem por abrasao, no qual as pecas sao submetidas a um jato abrasivo,

para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento (figura 1.58).


1.22. AFIACAO 29

Figura 1.58: Jateamento

1.22 AfiacaoProcesso mecanico de usinagem por abrasao, no qual e dado o acabamento das superfcies da

cunha cortante da ferramenta, com o fim de habilita-la a desempenhar sua funcao. Desta forma, saoobtidos os angulos finais da ferramenta (figura 1.59).

Figura 1.59: Afiacao

1.23 DenteamentoProcesso mecanico de usinagem destinado a` obtencao de elementos denteados. Pode ser conse-

guido basicamente de duas maneiras: formacao e geracao.A formacao emprega uma ferramenta que transmite a forma do seu perfil a` peca com os movi-

mentos normais de corte e avanco.A geracao emprega uma ferramenta de perfil determinado, que com os movimentos normais de

corte, associados aos caractersticos de geracao, produz um perfil desejado na peca.

1.24 Resumo das operacoes de usinagemConforme foi visto ha pouco, o numero de operacoes na usinagem e muito grande, assim como e

grande a variedade de maquinas operatrizes e ferramentas de corte disponveis.


1.24. RESUMO DAS OPERACOES DE USINAGEM 30

Resumidamente, as operacoes de usinagem podem ser assim classificadas:

torneamento, para obtencao de superfcies de revolucao, para o que a peca gira em torno doeixo principal de rotacao da maquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo de-terminadas trajetorias; as varias modalidades de torneamento incluem: torneamento cilndrico,torneamento retilneo, torneamento conico, torneamento radial, perfilamento etc.;

aplainamento, destinada a` obtencao de superfcies regradas, geradas por um movimento re-tilneo alternativo da peca ou da ferramenta, no sentido vertical ou horizontal;

furacao, para a obtencao de furos geralmente cilndricos, para o que a peca ou a ferramentagiram e, ao mesmo tempo, a ferramenta ou a peca se deslocam segundo uma trajetoria retilnea,coincidente ou paralela ao eixo principal da maquina. As varias modalidades de furacao sao:furacao em cheio, escareamento, furacao escalonada, furacao de centros e trepanacao;

mandrilamento, destinada a` obtencao de superfcies de revolucao com o emprego de uma ouvarias ferramentas de barra; o mandrilamento compreende as seguintes operacoes: mandrila-mento cilndrico, mandrilamento radial, mandrilamento conico, etc.;

fresamento, destinada a` obtencao de superfcies das mais variadas, mediante o emprego geral-mente de ferramentas multicortantes (com varias superfcies de corte); ha dois tipos basicos defresamento: fresamento cilndrico tangencial e fresamento frontal;

serramento, em que se seccionam pecas com o auxlio de ferramentas multicortantes de pe-quena espessura; a peca desloca-se ou fica parada, enquanto a ferramenta gira ou se desloca ouexecuta ambos os movimentos; o serramento pode ser retilneo ou circular;

brochamento, para obtencao de superfcies variadas, pelo emprego de ferramentas multicortan-tes; a ferramenta ou a peca se desloca segundo uma trajetoria retilnea coincidente ou paralelaao eixo da ferramenta; o brochamento pode ser interno ou externo;

roscamento, para obtencao de filetes, por meio da abertura de um ou varios sulcos helicoidaisde passo uniforme, em superfcies cilndricas ou conicas de revolucao; a peca ou a ferramentagira e uma delas se desloca ao mesmo tempo, de acordo com uma trajetoria retilnea paralelaou inclinada em relacao ao eixo de rotacao; o roscamento pode ser interno ou externo;

retificacao, para a obtencao de superfcies lisas; e um processo de usinagem por abrasao, emque uma ferramenta abrasiva de revolucao chamada geralmente de rebolo, constituda de graosabrasivos ligados por um aglutinante gira e se desloca, juntamente com a peca, segundo umatrajetoria determinada; a peca pode girar ou nao; a retificacao pode ser frontal ou tangencial;esta ultima compreende a retificacao cilndrica, a retificacao conica, a retificacao de perfis, aretificacao sem centros, etc.;

Outros processos de usinagem compreendem brunimento, lapidacao, espelhamento, polimento,afiacao, limagem, rosqueamento, etc.


Captulo 2

Processos nao-convencionais de usinagem

2.1 Usinagem por descarga eletricaE um processo para a producao de orifcios, ranhuras e cavidades, geralmente de pequenas di-

mensoes. A remocao de material ocorre pela fusao e vaporizacao deste, ocasionado por fascaseletricas incidentes a alta frequencia. A descarga de fascas e produzida por pulsacao controladade corrente contnua entre a peca-obra (eletrodo positivo) e a ferramenta (eletrodo negativo), ambasimersas num fluido dieletrico, que e ionizado (figura 2.1). A distancia da ferramenta a` peca varia entre0,01 mm e 0,05 mm. O fluido dieletrico serve como condutor da fasca e como refrigerante. O perfildo eletrodo corresponde a` contra-forma do detalhe a ser obtido na peca. Este processo aplica-se bema materiais de elevada dureza e baixa usinabilidade.

2.2 Usinagem eletroqumicaConsiste em um processo de ataque eletroqumico, empregando um eletrolito e corrente eletrica

contnua para ionizar e remover porcoes metalicas da peca-obra. Em termos da capacidade de producaode detalhes nas pecas, e semelhante a` usinagem por descarga eletrica, mas e mais caro, utilizando maiscorrente eletrica, e e tambem mais rapido.

2.3 Usinagem por feixe eletronicoProcesso baseado na utilizacao de um feixe de eletrons a alta velocidade, que atuam no vacuo,

provocando a vaporizacao do metal da peca-obra pelo seu choque contra a superfcie da mesma.Tambem aplica-se a` confeccao de pequenos orifcios e cavidades.

2.4 Usinagem a laserNeste processo, o metal e fundido por feixe colimado de luz monocromatica intensa (laser).

Tambem aplica-se a` confeccao de pequenos orifcios e cavidades.


2.5. USINAGEM A PLASMA 32

2.5 Usinagem a plasmaSemelhante ao processo de usinagem a laser; porem, utiliza-se o plasma como elemento da fusao

da peca-obra.

Figura 2.1: Sistema de eletroerosao (por descarga eletrica).


Captulo 3

Principais parametros comuns aos processosde usinagem

3.1 DefinicoesFerramenta de usinagem: ferramenta constituda de arestas cortantes, destinadas a` remocao do

cavaco.Ferramenta mono-cortante: caracteriza-se por possuir apenas uma superfcie de corte.Ferramenta multi-cortante: possui mais de uma superfcie de corte.

3.2 Tipos de operacoes de usinagemDesbaste: operacao anterior ao acabamento, que visa obter dimensoes proximas a`s dimensoes

finais da peca.Acabamento: operacao destinada a obter na peca as dimensoes finais, um acabamento especifi-

cado, ou ambos.

3.3 Movimentos de usinagemPara atender ao proposito de uma maquina-ferramenta, e necessario que se realizem movimentos

relativos entre a peca e a ferramenta. Os movimentos relativos entre peca e ferramenta podem serclassificados como ativos ou passivos.

Obs.: os movimentos ativos sao aqueles que provocam remocao de material.

3.3.1 Movimentos ativosMovimento de corte: movimento entre a ferramenta e a peca, que sem a ocorrencia concomitante

do movimento de avanco provoca a remocao do cavaco.Movimento de avanco: movimento entre a ferramenta e a peca, que juntamente com o movi-

mento de corte possibilita uma remocao contnua do cavaco.


3.3. MOVIMENTOS DE USINAGEM 34

Movimento efetivo de corte: movimento resultante dos movimentos de avanco e de corte, realiza-dos simultaneamente (figuras 3.1 e 3.2).

Figura 3.1: Furacao com broca helicoidal, mostrando os movimentos de corte e avanco (esquerda).Fresamento com fresa cilndrica, mostrando os movimentos de corte e de avanco (direita).

Figura 3.2: Retificacao plana tangencial mostrando os movimentos de corte e avanco (esquerda).Copiagem de uma peca mostrando os componentes do movimento de avanco: avanco principal eavanco lateral (direita).

3.3.2 Movimentos passivosMovimento de ajuste: pre-determinacao da camada de material a ser retirada.Movimento de correcao: utilizado para compensar alteracoes de posicionamento ocasionadas por

desgastes e deformacoes inerentes ao processo de usinagem.Movimento de aproximacao: movimento no qual a ferramenta e aproximada da peca antes do

incio da usinagem.Movimento de recuo: movimento de afastamento da ferramenta da peca, apos o final da operacao.

3.3.3 Conceitos auxiliaresAngulo da direcao de avanco (): angulo formado entre a direcao de avanco e a direcao de corte.

Pode ser constante (furacao, torneamento) ou variar continuamente (fresamento).Angulo da direcao efetiva de corte (): angulo formado entre a direcao efetiva e a direcao de

corte (equacao 3.1 e figuras 3.3 a 3.9).



tan =sin

(cos+ VcVf)

(3.1)

Figura 3.3: Torneamento com ferramenta de barra. Plano de trabalho contendo o angulo da direcaode avanco e o angulo da direcao efetiva de corte.

Figura 3.4: Fresamento tangencial com movimento corcordante. Plano de trabalho com o angulo da direcao de avanco e o angulo da direcao efetiva de corte ( > 90) (esquerda). Fresamentotangencial com movimento discordante. Plano de trabalho com o angulo da direcao de avanco e oangulo da direcao efetiva de corte ( < 90) (direita).

3.3.4 Velocidade de corteEm operacoes de usinagem como torneamento, furacao e fresamento, onde os movimentos de

corte e de avanco ocorrem concomitantemente, trata-se da velocidade tangencial instantanea, resul-tante da rotacao da peca ou da ferramenta (conforme o processo) (equacao 3.2):

Vc =(pidn)

1000(3.2)



Figura 3.5: Fresamento frontal. Variacao do angulo da direcao de avanco (esquerda). Retificacaoplana frontal. Variacao do angulo da direcao de avanco (direita).

Figura 3.6: Torneamento. Superfcies principal e lateral de corte (esquerda). Fresamento discordante.Avanco por dente ad; avanco de corte ac; avanco efetivo de corte ae (direita).

Figura 3.7: Fresamento tangencial. Profundidade de corte p; espessura de penetracao e (esquerda).Fresamento frontal. Profundidade de corte p; espessura de penetracao e (direita).



Figura 3.8: Aplainamento. Profundidade de corte p; avanco a (esquerda). Retificacao frontal. Pro-fundidade de corte p; espessura de penetracao e (direita).

Figura 3.9: Retificacao plana tangencial. Largura de corte p, espessura de penetracao e (esquerda).Furacao (largura de corte p=d/2) (direita).

Vc velocidade de corte (m/min)

d diametro da peca ou da ferramenta (mm)

n rotacao da peca ou da ferramenta (rpm)

Em operacoes do tipo aplainamento e brochamento, onde os movimentos de corte e de avanconao ocorrem concomitantemente, a velocidade de corte e o resultado do deslocamento da ferramentadiante da peca, considerado no tempo.

Caractersticas que influem na velocidade de corte:

Material da PecaMaior dureza maior aquecimento (necessidade de menores velocidades).



Material da FerramentaMateriais mais resistentes suportam maiores velocidades de corte.

Seccao da PecaFormas delgadas (torneamento fino) maiores Vc;

Formas espessas (desbaste) menores Vc.

Refrigeracao Modelo Construtivo da Maquina

3.3.5 Velocidade de avancoEm operacoes como torneamento, furacao e afins, onde os movimentos de corte e de avanco

ocorrem concomitantemente, a velocidade de avanco e o produto (equacao 3.3) entre o avanco e arotacao da peca ou da ferramenta (conforme o processo):

Vf = f.n = f.1000.Vcpi.d

(3.3)

Vf velocidade de avanco (mm/min)

f avanco (mm/volta)

Vc velocidade de corte (m/min)

d diametro da peca ou da ferramenta (mm)

n rotacao da peca ou da ferramenta (rpm)

Em operacoes do tipo aplainamento, em que os movimentos de corte e de avanco nao sao conco-mitantes, a velocidade de avanco e dada diretamente em quantidade de deslocamento por curso.

3.3.6 Ferramentas de cortePartes construtivas de uma ferramenta

Cunha de corte: e a regiao da ferramenta delimitada pelas superfcies de sada e de folga.Superfcie de sada (A) (figura 3.10): e a superfcie da cunha de corte sobre a qual o cavaco e

formado e sobre a qual o cavaco escoa durante sua sada da regiao do trabalho de usinagem.Superfcie principal de folga (A) (figura 3.10): e a superfcie da cunha de corte da ferramenta,

que contem sua aresta principal de corte.Superfcie lateral (ou secundaria) de folga (A)(figura 3.11): e a superfcie da cunha de corte

da ferramenta, que contem sua aresta lateral (ou secundaria) de corte.Aresta principal de corte (S)(figura 3.11): e a aresta da cunha de corte, formada pela interseccao

das superfcies de sada e de folga principal.Aresta lateral (ou secundaria) de corte (S)(figura 3.11): e a aresta da cunha de corte, formada

pela interseccao das superfcies de sada e de folga lateral (ou secundaria).



Figura 3.10: Superfcie de folga e de sada da ferramenta.

Figura 3.11: Superfcies, arestas e ponta de corte de uma ferramenta de barra.

Ponta de corte(figura 3.11): e a parte da cunha de corte, onde se encontram as arestas principal elateral (secundaria) de corte.

A figura 3.13 apresenta os varios angulos de uma ferramenta com uma unica aresta de corte.



Figura 3.12: Angulos da ferramenta de corte. Nomenclatura usualmente utilizada para apresentar osvarios angulos de uma ferramenta de uma unica aresta de corte.

3.3.7 Mecanismo de formacao de cavacoImportancia do tipo de cavaco formado

A formacao do cavaco influencia diretamente diversos aspectos relacionados a`s operacoes de usi-nagem, destacando-se os seguintes:

Economicos velocidade de corte, fluido de corte utilizado, vida util da ferramenta, etc.Qualidade final da peca acabamento superficial, esforcos de corte, etc.Seguranca protecao do operador.O corte dos metais acontece atraves de um processo contnuo de deformacao e cisalhamento do

material: em funcao dos parametros de corte e propriedades do material da peca, podem resultarcavacos de diferentes configuracoes geometricas.

Etapas do processo de formacao do cavaco

Em condicoes normais de usinagem com ferramentas de aco rapido ou metal duro, a formacao docavaco observa as seguintes etapas:

1. Uma pequena porcao de material e recalcada (sofre deformacoes elastica e plastica) contra asuperfcie de sada da ferramenta.



2. A deformacao plastica aumenta ate que as tensoes internas de cisalhamento sejam suficien-temente grandes, causando deslizamento entre a porcao recalcada e a peca (sem ruptura domaterial).

3. Continuando a penetracao da ferramenta, ocorre ruptura total ou parcial do cavaco.

4. A porcao de material rompida escorrega sobre a superfcie de sada da ferramenta.

Controle da forma do cavaco

A duracao de cada etapa depende do tipo de material sendo usinado:

Materiais ducteis:

Todas as fases sao bem pronunciadas (ha bastante deformacao antes da ruptura). Tendem a produzir cavacos longos e contnuos, que sao os mais prejudiciais (figura 3.13).

Materiais Frageis:

As duas primeiras fases sao curtas, na terceira ocorre ruptura total do cavaco e a quartapraticamente inexiste.

Produzem cavacos em forma de pequenas partculas (figura 3.13).

A forma do cavaco influencia os seguintes fatores:

seguranca do operador; possvel dano a` ferramenta ou a` peca; manuseio e armazenagem; forcas de corte, temperatura e vida da ferramenta.

Formas do cavaco (figuras 3.13 a ??):

a) Cavaco em tira.

b) Cavaco em fita.

c) Cavaco helicoidal.

d) Cavaco espiral.

e) Cavaco em lascas ou pedacos.



Figura 3.13: Sada do cavaco durante a usinagem de materiais ducteis (esquerda) e frageis (direita).

3.3.8 Classificacao de ferramentas de corteGrupos de aplicacoes de metais duros (com base na Norma ISO 153 1975) (tabela 3.1)

Cor Designacao Materiais a usinar Aplicacoes e condicoes de trabalho

azul

P01 Aco de 500 a 1400 N/m2. Acos fun-didos com mais de 400 N/m2.

Torneamento e mandrilamento de acaba-mento: dimensoes precisas e fino acabamento.Operacoes isentas de vibracoes. Vc alta; a pequena; Yn negativo

P10 Acos de baixo Cr. Acos fundidos. Torneamento de acabamento e desbaste leve.Operacao de copia e abertura de roscas e fre-sagem de precisao. Vc alta; a pequena e media;Yn negativos ou moderamente positivos.

P20 Acos de baixo Cr, acos inoxidaveis,acos fundidos e FF maleavel decavaco longo.

Tornear, copiar, fresar, rosquear com Vc e amedias. Plainagem com avancos pequenos emmaquinas rgidas; Yn negativos ou positivos.

P30 Aco, acos inoxidaveis, acos resisten-tes ao calor e FF maleavel de ca-vaco longo.

Tornear, fresar, plainar. Yn media a baixa; amedia a grande. Operacoes de desbaste e usi-nagem em condicoes desfavoraveis.

P40 Aco e aco fundido com inclusoes deareia nas cavidades.

Trabalhos gerais de desbaste em torno, plaina,fresa de ranhuras. Usinagem com *condicoesdesfavoraveis em tornos automaticos. Vc baixa;a grande; Yn positivo mesmo em trabalhos pesa-dos.

3.3.9 Falha e desgaste da ferramenta de corteDenomina-se falha de uma ferramenta de corte a situacao que determina o termino de sua vida

util. As falhas acontecem sob tres formas distintas (figura 3.14):

a) lascamento do gume que se define pela quebra de pedacos do gume cortante, produzindosuperfcies asperas e irregulares;



Cor Designacao Materiais a usinar Aplicacoes e condicoes de trabalho

azul

P50 Aco, acos fundidos de resistenciabaixa a media, com inclusoes deareia e cavidades. Acos inoxidaveisaustenticos.

Operacoes que exigem grande tenacidade daspastilhas: tornear, plainar, fresar ranhuras. Usi-nagem em *condicoes desfavoraveis e trabalhosem tornos automaticos. Vc baixa; a grande; pos-sibilidade de Yn grande.

amar

elo M10 Aco, aco fundido, aco Mn, FF cin-

zento, FF ligado, maleavel de ca-vaco curto, nodular.

Torneamento com Yn medio a alto ; a pequenaou media.

M20 Aco, aco fundido, aco austentico ouMn, FF cinzento e FF ligado.

Torneamento e fresagem com Vc media; amedia.

M30 Aco, aco fundido, aco austentico ouMn, FF cinzento e ligas resisten-tes a altas temperaturas.

Trabalhos gerais de torno, fresadora, plaina comcondicoes de corte mais severas. Vc media; amedia a grande.

M40 Aco de baixa resistencia, acos decorte facil, metais nao ferrosos, ligasleves. Aco inoxidavel austenticofundido.

Tornear, corte com bedame, particularmente emtornos automaticos. Vc baixa com *condicoesdesfavoraveis.

verm

elho

K01 FF cinzento muito duro, FF co-quilhado com mais de 85 Shore, li-gas de alumnio com alto Si, acotemperado, plasticos altamente abra-sivos, papelao duro e ceramica.

Torneamento, usinagem de alta precisao e aca-bamento, mandrilamento, fresagem, rasquetea-mento. Apenas cortes contnuos.

K10 FF cinzento acima de HB 220,FF maleavel de cavaco curto, acotemperado, ligas de Al-Si e de co-bre, plasticos, vidro, borracha dura,papelao duro, porcelana e pedras.

Uso geral para ferros fundidos. Tornear, fresar,furar, mandrilar, brochar, rasquetear. Desbastede acabamento.

K20 FF cinzento ate 220 Brinell, me-tais nao-ferrosos: cobre, latao ealumnio.

Tornear, fresar, aplainar, mandrilar, brochar, exi-gindo pastilhas muito tenazes.

K30 FF cinzento de baixa dureza, acode baixa resistencia e madeira com-primida.

Tornear, fresar, plainar, fresar ranhuras; usina-gem em *condicoes desfavoraveis e com possi-bilidade de uso de angulos de corte grandes.

K40 Madeira macia ou dura, materiais fi-brosos. Metais nao ferrosos.

Como acima, em trabalhos sujeitos a solicitacoesdinamicas e *condicoes extremamente desfa-voraveis.

Tabela 3.1: Vc velocidade de corte; a = f.ap; a seccao do cavaco, f avanco, ap profundidadede corte; Yn angulo de sada; FF Ferro fundido. *Condicoes desfavoraveis: material ou pecasde formas que sao difceis de usinar; superfcies de pecas fundidas ou forjadas, com incrustracoes deareia, carepas, dureza variavel, etc; cortes de dimensoes variaveis, cortes interrompidos, operacoessujeitas a vibracoes e efeitos dinamicos.

b) marca de desgaste que se define pelo surgimento de uma faixa aspera no flanco (superfcie deincidencia);

c) craterizacao ocorrencia de desgaste na face (superfcie de sada).

Obs.: o lascamento e uma falha acidental e prematura da ferramenta pela ocorrencia de sobre-solicitacoes mecanicas ou termicas; as demais falhas devem-se ao desgaste natural da mesma.



Figura 3.14: Falhas de uma ferramenta de corte: a) lascamento do gume, b) marca de desgaste, c)craterizacao.

3.3.10 Causas do desgaste da ferramentaa) deformacao plastica do gume em funcao de sobrecarga mecanica;

b) abrasao;

c) aderencia entre o material da peca e as asperezas da superfcie da ferramenta;

d) difusao de componentes entre o material da peca e o da ferramenta;

e) oxidacao do material na superfcie da ferramenta;

f) formacao de correntes eletricas de natureza ionica produzidas pelo atrito entre a peca e a ferra-menta.

g) aresta postica de corte.

Muitas vezes, pode formar-se na superfcie de contato entre o cavaco e a superfcie de sada daferramenta, uma camada de cavaco que, permanecendo aderente a` aresta de corte, modifica seu com-portamento com relacao a` forca de corte, acabamento superficial da peca e desgaste da ferramenta.Em baixas velocidades de corte, a parte inferior do cavaco em contato com a ferramenta, sob pressaode corte na zona de aderencia, mantem este contato sem movimento relativo durante um perodo detempo suficiente para soldar-se a` ferramenta, separando-se de outras porcoes de cavaco e permane-cendo presa a` superfcie de sada.

Com o fluxo posterior de mais cavaco sobre esta camada de cavaco ja presa a` ferramenta, ela sedeforma e encrua, aumentando sua resistencia mecanica e atuando entao como aresta de corte. Aaresta postica de corte (figura 3.15) tende a crescer gradualmente ate romper bruscamente em certomomento, causando uma perturbacao dinamica. Parte da aresta postica que se rompe e carregadacom o cavaco e parte adere a` peca, prejudicando sensivelmente o acabamento superficial da mesma.Ao romper-se, a aresta postica arranca partculas da superfcie de folga da ferramenta, gerando umdesgaste frontal muito grande. Por outro lado, a superfcie de sada da ferramenta e protegida (umavez que o cavaco nao atrita com a mesma, mas com a aresta postica), tornando mnimo o desgaste decratera.

A` medida que a velocidade de corte cresce, a temperatura tambem cresce. Quando a temperaturade recristalizacao do material e ultrapassada, nao ha mais formacao de aresta postica, pois com aformacao de novos graos no cavaco, nao ha mais a possibilidade de encruamento do mesmo, fatorfundamental para a formacao da aresta postica de corte; existe um valor de velocidade de corte, acima



Figura 3.15: Aresta postica de corte.

do qual nao mais ocorre a formacao da aresta postica, chamada de velocidade crtica. Alem disso, a`medida que a dutilidade do material da peca diminui, decresce tambem a ocorrencia da aresta postica,pois os cavacos ficam mais curtos e atritam menos com a superfcie de sada da ferramenta.

3.3.11 Criterios para a determinacao do fim da vida util da ferramentaa) ocorrencia de falha completa da ferramenta; ex.: por lascamento;

b) ocorrencia de falha preliminar da ferramenta; ex.: com ocorrencia de faiscamento;

c) o valor da largura da marca de desgaste; ex.: de 0,8 mm ate 2,0 mm;

d) ocorrencia de vibracoes muito intensas na maquina;

e) o valor da profundidade da cratera na superfcie de sada;

f) geracao de acabamento superficial deficiente na peca-obra;

g) formacao de rebarbas na peca-obra;

h) ocorrencia de brusca variacao na forma do cavaco gerado para uma mesma operacao de corte;

i) ocorrencia de subita alteracao no grau de precisao dimensional da peca-obra;



j) ocorrencia de subito aumento da forca de corte ou potencia de corte requerida;

k) o valor da temperatura do gume.

3.3.12 Metodos usuais de especificacao da vida util da ferramentaO tempo de vida util da ferramenta deve ser especificado para que o operador tenha ciencia do

momento em que devera ocorrer a sua substituicao (este dado podera vir especificado em manuais ouem planilhas de processo, por exemplo).

a) tempo efetivo de corte;

b) volume de cavaco removido;

c) numero de pecas usinadas.

3.3.13 Fatores de influencia na rugosidade da pecaO aumento do raio torna a ponta da ferramenta mais resistente, mas tambem aumenta a vibracao

da ferramenta devido ao atrito causado pela maior area de contato entre a ferramenta e a peca. Oacabamento da superfcie depende muito da relacao entre avanco e raio de ponta. Este par (f e r)tem uma contribuicao geometrica a` rugosidade superficial da peca, conforme a equacao (observe-se,tambem, a figura 3.16).

Rmax.teor.. =f 2

8.r(3.4)

Figura 3.16: Perfil teorico de rugosidade de uma peca torneada (ap espessura de corte, f avanco,r raio da ponta da ferramenta, Rmax. rugosidade maxima).

Este e o menor valor de rugosidade maxima possvel de ser obtido em um processo de tornea-mento. Normalmente, a rugosidade real obtida e maior (a`s vezes, bem maior) do que a obtida atravesda equacao 3.4, devido a fatores como:



vibracao (um grande raio de ponta, por um lado diminui a rugosidade pela diminuicao dacontribuicao geometrica, mas por outro aumenta a rugosidade devido ao aumento da vibracao:no total, o aumento do raio de ponta diminui a rugosidade, mas nao como seria esperado aoobservar a equacao);

deformacao do cavaco; fluxo lateral do cavaco; etc.As figuras 3.17 a 3.20 mostram a influencia da velocidade de corte, profundidade de corte e avanco

nos parametros de rugosidade, para o torneamento do aco ABNT 4340 com pastilhas de metal durorecobertas.

Figura 3.17: Rugosidade da peca (em micrometros) velocidade de corte (em metros por minuto),para torneamento de aco 4340 (ap espessura de corte, f avanco, r raio da ponta da ferramenta,Rmax. rugosidade maxima, Rm rugosidade media).

3.3.14 Curva de vida da ferramentaA curva de vida de uma ferramenta fornece a vida da ferramenta em funcao da velocidade de

corte. Para a execucao desta curva deve-se geralmente construir em primeiro lugar graficos auxi-liares, que fornecam os desgastes da ferramenta para diferentes velocidades e tempos de trabalho, emdeterminadas condicoes de usinagem do par ferramenta-peca (condicoes de avanco, profundidade decorte, geometria da ferramenta, etc.).

A figura 3.21, em (A), apresenta a variacao do desgaste VB em funcao do tempo de usinagem, compastilhas de metal duro, para diferentes velocidades de corte. A partir destas curvas, pode-se fixar ovalor do desgaste (por exemplo VB = 0, 8 mm) que definira a vida da ferramenta nas condicoes de



Figura 3.18: Rugosidade da peca (em micrometros) profundidade de corte (em milmetros), paratorneamento de aco 4340 (vc velocidade de corte, f avanco, r raio da ponta da ferramenta, Rmax. rugosidade maxima, Rm rugosidade media).

Figura 3.19: Rugosidade da peca (em micrometros) avanco (em milmetros por volta) para tornea-mento de aco 4340 (vc velocidade de corte, ap espessura de corte, r raio da ponta da ferramenta(0.8 milmetros), Rmax. rugosidade maxima, Rmax.teorica rugosidade maxima teorica, Rm rugosi-dade media).

usinagem desejadas. Obtem-se assim, nesta figura, para VB = 0, 8 mm, os pontos m, n e o nascurvas para as diferentes velocidades, as quais fornecerao os tempos de efetivo corte (ou seja, as vidas



Figura 3.20: Rugosidade da peca (em micrometros) avanco (em milmetros por volta) para tornea-mento de aco 4340 (vc velocidade de corte, ap espessura de corte, r raio da ponta da ferramenta(0.4 milmetros), Rmax. rugosidade maxima, Rmax.teorica rugosidade maxima teorica, Rm rugosi-dade media).

da ferramenta para as velocidades de 180, 144 e 128 m/min). Constroi-se desta forma a curva T Vc (B), tendo como criterio de fim de vida da ferramenta VB = 0, 8 mm, nas condicoes de usinagempre-fixadas.

Figura 3.21: Determinacao da curva de vida da ferramenta: a` esquerda, curvas de degaste em funcaodo tempo de usinagem, para diferentes velocidades de corte, em determinadas condicoes de usinagem;a` direita, curva de vida da ferramenta para o desgaste VB = 0.8 mm.

A figura 3.22 apresenta uma curva dividida em tres regioes: a, b e c. A regiao c da figurae economicamente a mais interessante, apesar do desgaste ser menor no trecho b. O trecho a eaquele que corresponde a` formacao da aresta postica de corte. Na regiao c tem-se uma velocidadede corte maior, permitindo maior produtividade da ferramenta.



Figura 3.22: Desgastes da ferramenta em funcao da velocidade de corte para um determinado tempode usinagem.

O comportamento da curva de vida da ferramenta T = f(Vc) para o trecho c da curva e dadopela equacao 3.5, proposta por Taylor, onde K e x sao constantes do material para determinadascondicoes de usinagem.

T = K.V xc (3.5)


Captulo 4

Forcas durante a usinagem

O conhecimento do comportamento e da ordem de grandeza dos esforcos de corte durante osprocessos de usinagem e fundamental para:

a definicao da potencia necessaria do equipamento a definicao da capacidade de obtencao de tolerancias estreitas a previsao de temperatura de corte e desgaste da ferramenta

As forcas de usinagem sao consideradas como uma acao da peca sobre a ferramenta (figura 4.1).Fu = forca total resultante que atua sobre a cunha cortante durante a usinagem.Em princpio, nem a direcao, nem o sentido da forca de usinagem sao conhecidos; entao, nao

se trabalha com a forca de usinagem propriamente, mas com suas componentes segundo diversasdirecoes conhecidas, inicialmente, Fu e decomposta em uma componente que esta no plano de traba-lho, chamada forca ativa (Ft) e uma componente perpendicular ao plano de trabalho, chamada forcapassiva ou forca de profundidade (Fp).

A forca ativa, por sua vez, e decomposta em diversas outras, Componentes da Forca Ativa (Ft =componente de Fu no plano de trabalho). As componentes da forca ativa contribuem para a potenciade usinagem, pois estao no plano de trabalho, onde os movimentos de usinagem sao realizados:

Forca de corte (Fc) = projecao de Fu sobre a direcao de corte; Forca de avanco (Ff ) = projecao de Fu sobre a direcao de avanco; Forca de apoio (Fap) = projecao de Fu sobre a direcao perpendicular a` direcao de avanco,

situada no plano de trabalho (observe-se a figura 4.2, envolvendo o processo de fresamento);

Forca efetiva de corte (Fe) = projecao de Fu sobre a direcao efetiva de corte.

Assim, tem-se as seguintes equacoes:

Ft =Fap

2 + Ff2 (4.1)

Fap =Ft

2 Ff 2 (4.2)


52

Figura 4.1: Forca de usinagem e suas diversas componentes na operacao de torneamento.

Figura 4.2: Forca de usinagem e suas diversas componentes na operacao de fresamento.

Quando o angulo da direcao de avanco = 90 (no torneamento, por exemplo):


4.1. POTENCIAS DE USINAGEM 53

Ft =Fc

2 + Ff2 (4.3)

Fc =Ft

2 Ff 2 (4.4)Componente de Fu num plano perpendicular ao plano de trabalho (Fp = forca passiva ou de

profundidade); esta componente nao contribui para a potencia de usinagem, pois e perpendicularaos movimentos (e perpendicular ao plano de trabalho, onde ocorrem os movimentos de corte e deavanco). Esta forca e responsavel pela deflexao elastica da peca e da ferramenta durante o corte e,portanto, e responsavel pela dificuldade de obtencao de tolerancias de forma e dimensao apertadas.

Assim, tem-se a seguinte relacao entre as forcas de usinagem (ativa e passiva):

Fu =Fp

2 + Ft2 (4.5)

4.1 Potencias de usinagemAs potencias geradas pela maquina-ferramenta tem como funcoes principais a movimentacao do

eixo-arvore e a execucao dos movimentos de corte e de avanco.

Potencia de corte

Fc (kgf)

Pc =Fc.Vc60.75

Vc (m/min) (4.6)

Pc (CV)

Potencia de avanco

Ff (kgf)

Pf =Ff .Vf

1000.60.75Vf (mm/min) (4.7)

Pf (CV)

4.2 Relacao entre potencia de corte e de avancoDas equacoes 4.7 e 4.8:

PcPf

=1000.Fc.VcFf .Vf

(4.8)

Mas:


4.3. POTENCIA FORNECIDA PELO MOTOR 54

Vf = f.n (mm/min) (4.9)

e:

Vc =pi.d.n

1000(m/min) (4.10)

Entao, das equacoes anteriores, tem-se que:

PcPf

=FcFf pi.d.nf.n

= pi FcFf df

(4.11)

No torneamento, tem-se que Fc 4,5 Ff . Tomando-se, por exemplo, d = 10 mm e f = 1 mm/volta(que sao limites extremos para esta analise: d muito pequeno e f muito grande, a fim de tornar arelacao Pc/Pf a menor possvel), resulta:

PcPf

= pi.4, 5.10 = 140 (4.12)

Isto significa que a potencia de avanco, numa situacao extrema, e 140 vezes menor que a potenciade corte. Esta diferenca permite desprezar a potencia de avanco no dimensionamento do motor damaquina, naquelas situacoes em que somente um motor e responsavel tanto pelo movimento deavanco, quanto pelo movimento de corte; quando a maquina possui motor independente para o movi-mento de avanco, verifica-se que este e muito menos robusto que o motor responsavel pelo movimentode corte.

4.3 Potencia fornecida pelo motorNas maquinas que apresentam um unico motor para os movimentos de corte e avanco, como Pc e

muito maior que Pf , despreza-se Pf e faz-se:

Pm =Pc

(4.13)

= rendimento da maquina operatriz (60 a 80% em maquinas convencionais, superior a 90% emmaquinas CNC).

4.4 Forca de corte condicoes de trabalhoA forca de corte pode ser expressa pela seguinte relacao:

Fc = Ks.A Ks = pressao especfica de corte (4.14)A = area da secao de corte

No torneamento: A = b.h = ap.fA pressao especfica de corte depende dos seguintes fatores:


4.5. CALCULO DA PRESSAO ESPECIFICA DE CORTE 55

material da peca; material e geometria da ferramenta; seccao de corte; velocidade de corte; condicoes de lubrificacao e refrigeracao; afiacao da ferramenta.

4.5 Calculo da pressao especfica de corteFormula de Kienzle, onde Ks figura como funcao da espessura de corte h. O aumento de Ks

com a diminuicao de h e uma propriedade geral, que vale para todas as operacoes de usinagem; afigura 4.3 mostra a representacao grafica do valor de Ks em funcao de h para um determinado parferramenta-peca.

Figura 4.3: Variacao da pressao especfica de corte com a espessura de corte.

A equacao desta curva pode ser dada por:

Ks =Ks1hz

= Ks1.h1z (4.15)

onde Ks1 e z sao constantes do material.Substituindo-se equacoes anteriores nesta ultima, a forca de corte (Fc) resulta:

Fc = Ks.h.b = Ks1.h1z.b (4.16)

Kienzle tabelou valores deKs1 e (1z), a partir de ensaios que realizou, sob determinadas condicoes.


4.6. ESCOLHA DO AVANCO, DA PROFUNDIDADE DE CORTE E DA VELOCIDADE DECORTE 56

A empresa Sandvik Coromant, ao inves de tabelar os valores de Ks1 e (1z), preferiu tabelar ovalor de Ks para h = 0, 4 mm e apresentar uma equacao de correcao para Ks, quando a espessurade corte e diferente deste valor. As tabelas de tal empresa foram levantadas para angulo de sada daferramenta de 6 (as tabelas para diferentes materiais sao apresentadas em catalogos da empresa). Aequacao para correcao de Ks e a seguinte:

KsCORRIGIDO = KsTABELADO (0, 4

h

)0,29(4.17)

4.6 Escolha do avanco, da profundidade de corte e da velocidadede corte

A potencia de corte e dada por:

Pc =Fc.Vc60.75

=KS.Vc.f.ap

60.75(4.18)

Admita-se inicialmente que a area da seccao de corte permaneca constante. Aumentando-se oavanco f e diminuindo-se a profundidade de corte ap na mesma proporcao, a pressao especficade corte Ks diminui. Logo, para a mesma potencia de corte Pc, mesma area de corte A, tem-se de acordo com a equacao acima a possibilidade de utilizar uma velocidade de corte maior. Istopermitira uma remocao de maior quantidade de cavaco na unidade de tempo e por unidade de potencia.Porem, dois fatores importantes devem ser levados em consideracao:

o desgaste da ferramenta; o acabamento da superfcie usinada.

Como foi visto anteriormente, o avanco influencia mais no desgaste do que a profundidade decorte. Logo, um aumento da producao de cavaco proveniente do aumento do avanco e diminuicaoda profundidade de corte, acarreta um desgaste maior da ferramenta, maior ainda se este aumento doavanco for acompanhado pelo crescimento da velocidade de corte (conforme sugerido acima).

Tambem ja foi mencionado que o aumento do avanco contribui para o aumento da rugosidadesuperficial da peca. Portanto, a solucao encontrada acima para diminuir a potencia (aumentar f ediminuir ap na mesma proporcao) ou para manter a potencia constante e retirar maior volume decavaco na unidade de tempo (aumentar f e diminuir ap na mesma proporcao e aumentar Vc) traradanos para o desgaste da ferramenta e para o acabamento da peca e somente deve ser utilizada quandose tem problemas de potencia de maquina, ou em algum outro caso especfico.

No estudo dos fatores de influencia no desgaste e vida da ferramenta, viu-se que a velocidade decorte tem uma influencia bem maior no desgaste da ferramenta do que o avanco. Assim, se o avancoe aumentado e a velocidade de corte diminuda na mesma proporcao, o volume de cavaco retiradona unidade de tempo e mantido constante e a vida da ferramenta cresce consideravelmente. Porem,com isso, a forca de corte cresce (mas a potencia cai, pois Ks diminui com o aumento do avanco e oproduto Vc.f.ap fica constante na equacao acima), o que pode causar vibracao. Alem disso, existemoutras limitacoes a este procedimento: a diminuicao da velocidade de corte nao pode ser tal queultrapasse o valor da velocidade crtica e comece a produzir aresta postica de corte e consequente


4.6. ESCOLHA DO AVANCO, DA PROFUNDIDADE DE CORTE E DA VELOCIDADE DECORTE 57

maior desgaste da ferramenta. O aumento do avanco causa aumento da rugosidade da peca (deve serfeito com muito cuidado em operacoes de acabamento) e e limitado pelo raio de ponta da ferramenta.

Entao, em operacoes de desbaste, onde o objetivo e retirar material da peca sem muita preocupacaocom o acabamento superficial, o avanco (limitado pela resistencia da ferramenta e pela forca de corteque pode causar vibracao) e a profundidade de corte (limitada pela forca de corte e pelo sobrematerialda peca) devem ser os maiores possveis e a velocidade de corte pequena. Assim, grande quantidadede cavaco e retirada na unidade de tempo e se otimiza a vida da ferramenta. O quao pequena deveser esta velocidade de corte, depois de escolhido o avanco e a profundidade de corte, depende deconsideracoes economicas, que serao abordadas mais adiante.

Em operacoes de acabamento, onde a finalidade e obter qualidade superficial, dimensional egeometrica na peca, o avanco e a profundidade de corte devem ser pequenos e a velocidade de cortedeve ser mais elevada, a fim de que seja removida uma quantidade de cavaco razoavel na unidade detempo. O quao mais alta deve ser esta velocidade de corte, depois de escolhido o avanco e a profun-didade de corte, depende mais uma vez de consideracoes economicas, as quais serao abordadasadiante.


Captulo 5

Fluidos de corte

Com excecao do ferro fundido, que pode ser cortado a seco, a maioria dos metais e ligas eusinada com o emprego de fluidos de corte. Estes permitem uma usinagem mais eficiente, maisrapida e de melhor acabamento, pois a presenca desses fluidos promove nao so o resfriamento ()das ferramentas e da superfcie das pecas, como igualmente a lubrificacao das mesmas. Alem disso,forma uma pelcula protetora sobre a superfcie da ferramenta, atuando como agente que impede asoldagem da ferramenta com o cavaco e a corrosao da ferramenta, da peca e da propria maquina.

() Durante as operacoes de usinagem gera-se grande quantidade de calor:

energia para deformacao do cavaco; atrito peca-ferramenta, cavaco-ferramenta.

Calor este que precisa ser extrado para:

minimizar o desgaste da ferramenta; reduzir a dilatacao da peca; evitar alteracoes microestruturais.

5.1 Fluidos de corte historico e aspectos gerais F.W. Taylor; primeiro a utilizar fluidos de corte na usinagem dos metais (1890). Inicialmente, foi utilizada agua pura e, posteriormente, agua + sabao (soda) para minimizar a

acao de oxidacao da peca/ferramenta durante o processo.

Principais desvantagens do emprego da agua; possibilidade de oxidacao e baixo poder lubrifi-cante.

Os oleos possuem melhor poder lubrificante; reduzem o atrito entre ferramenta e peca e, con-sequentemente, a quantidade de calor gerado.

Ha ainda os oleos emulsionaveis (contendo de 1 a 20% de oleo homogeneamente disperso emagua) e os oleos de extrema pressao, utilizados em severas condicoes de usinagem.


5.2. FUNCOES DO FLUIDO DE CORTE 59

5.2 Funcoes do fluido de corte Lubrificacao: reducao do atrito (diminuindo tambem a quantidade de calor gerado); consegue-

se, igualmente, reduzir os esforcos e a potencia de corte.

Refrigeracao: extracao do calor gerado da regiao de operacao. Prevencao contra a soldagem cavaco-ferramenta. Remocao do cavaco da regiao de corte: especialmente importante em operacoes como furacao

profunda, onde o fluido deve ter baixa viscosidade e suportar altas pressoes.

Protecao contra a corrosao. Reducao da dilatacao termica. Obtencao de tolerancias apertadas. Evitar dano a` estrutura superficial e crescimento exagerado de tensoes residuais na peca (prin-

cipalmente em operacoes com grande quantidade de calor gerado retificacao).

5.3 Fluido de corte como refrigeranteRequisitos para remocao eficiente do calor:

Baixa viscosidade; escoar livremente. Boa molhabilidade; proporcionar bom contato termico. Alto calor especfico e alta condutividade termica.

5.4 Fluido de corte como lubrificanteLubrificacao: reducao do coeficiente de atrito cavaco-ferramenta (principalmente) e ferramenta-

peca; reducao de forca total, potencia de corte e temperatura.O atrito cavaco-ferramenta depende de:

Rugosidade das superfcies. Afinidade fsico-qumica dos materiais.


5.5. SELECAO DO FLUIDO DE CORTE 60

5.5 Selecao do fluido de corteConsidera os seguintes fatores:

Material da peca Condicoes de usinagem (severas ou brandas) Operacoes de usinagem (retificacao, furacao profunda, brochamento, etc.) Material da ferramenta

5.6 Tendencias de desenvolvimentoApesar de amplamente difundido, o uso de fluidos de corte provoca uma serie de inconvenientes:

Dificuldade e custo na reciclagem dos fluidos e cavacos; Poluicao ambiental; Doencas de pele e pulmao nos operadores.

As tendencias de desenvolvimento de ferramentas de corte apontam no sentido de evitar ou mi-nimizar substancialmente a utilizacao de fluidos de corte nos processos de usinagem. Para isto, enecessario que sejam utilizadas:

condicoes de usinagem adequadas (mnima geracao de calor); ferramentas de baixo coeficiente de atrito, alta dureza a quente e estabilidade qumica.

5.7 Fluidos de corte recomendados para algumas operacoes deusinagem.

Oleos soluveis agua e o melhor meio de resfriamento, mas nao lubrifica e enferruja. Misturascom oleo e sabao ou sulfonados sao adicionadas. Oleo soluvel e misturado com agua nasproporcoes indicadas.

Oleos comuns os mais comuns sao os minerais, porque sao de baixo custo, bons lubrificantese sem cheiro.

Oleos gordos como os de gordura sao misturados (5 10%) com os minerais porque lubrifi-cam melhor, sobretudo sob pressao.

Enxofre e cloro um ou outro ou ambos podem ser adicionados aos oleos basicos acima citados,resultando numa pelcula lubrificante, entre o cavaco e a ferramenta, mais estavel e mais tenaz.


5.7. FLUIDOS DE CORTE RECOMENDADOS PARA ALGUMAS OPERACOES DEUSINAGEM. 61

Material Torneamento Fresamento de topo Perfuracao Abertura de roscasAco de baixo C Compostos sinteticos

ou oleos soluveis 1:20.Oleos clorinatados ousulfurizados para acosmais duros. Com ferra-mentas de metal duro,pode-se se prescindir defluidos.

Oleo mineral sulfuri-zado ou oleo soluvelpara servico pesado1:20. Com metal duroprefere-se compostossinteticos.

Fluidos sinteticos(qumicos). Oleomineral sulfuclo-rinatado. Oleo degordura. Oleo soluvel1:10 de servico pe-sado em corte commetal duro.

Oleos sulfurizados.Oleos minerais sulfu-clorinatados. Oleo degordura. Oleos paraservico leve e pesado.

Ferro fundido Corte seco, quandousinados com metalduro. Oleo soluvel 1:20para garantir pequenaquantidade de po, podeauxiliar em usinagemde acabamento. Oleosoluvel para servicopesado ou oleos sulfu-clorinatados para pecasmais duras.

Corte seco commetal duro. Maiorquantidade delu-brificante que notorneamento. Oleosoluvel para servicopesado ou aditivossulfuclorinatados.

Corte a seco ou oleossoluveis. Oleos depressao extrema para-grandes avancos.

Corte seco ou fluidossinteticos (qumicos)para servico pesado.Oleos soluveis clori-natadossulfurizadosde servico medio apesado.

Aco inoxidavel Oleos minerais sul-fuclorinatados. Oleosoluvel para servicomedio a pesado 1:5.Com metal duro, a`svezes de corte seco.

Oleos soluveis paraservico medio e pe-sado 1:5. Para cor-tes de acabamento, osoleos sinteticos paraservico leve podemser melhores.

Oleo mineral sulfu-clorinatado ou oleomineral-gordura.Para servico medioa pesado. Oleossoluveis, com S e Clpara brocas de metalduro.

Para acos inoxidaveisde usinagem facil;oleo soluvel paraservico medio apesado. Outros acosinoxidaveis: oleomineral, sulfuclori-natado ou mistura deoleo de gordura.

Ligas de alumnio Corte a seco ou oleossoluveis leves 1:15a 1:30 ou querosenepreferivelmente comoleo. Ha varios oleose fluidos sinteticos(qumicos) produzidosespecialmente parausinagem de alumnio.

O mesmo que paratorneamento.

Oleo soluvel 1:15para brocas de metalduro, corte leve,eventualmente comenxofre e cloro.Compostos especiais.

Oleo soluvel sulfu-clorinatado para vidamais longa das ferra-mentas. Para ferra-mentas maiores e al-tas velocidades, oleopara servico pesado.Oleo de gordura.

Ligas a` base denquel

Oleo mineral-gordurasulfuclorinatados paraservico pesado. Oleossoluveis para servicopesado e oleos soluveissulfuclorinatados.

O mesmo que paratorneamento.

Oleos minerais oude gordura sulfu-clorinatados paraservico medio oupressao extrema oucombinacoes.

O mesmo que paraperfuracao.

Cobre e latao Oleo soluvel comum ouoleo comum clorina-tado. Ter cuidado commanchas.

Oleo soluvel comum1:30 ou mistura deoleo mineral-gordura.

Oleo soluvel 1:20 ouclorinatado. Oleomineral-gordura leve.

Oleo mineral-gorduraleve. Para cortes mai-ores, oleo sulfurizadoou clorinatado.

Oleos sulfurados sao usados principalmente na usinagem do aco, para a abertura de roscase brochamento, pois nao mancham. Como eles mancham o cobre, os oleos clorinatados oucomuns sao melhores para usinagem desse metal.


5.7. FLUIDOS DE CORTE RECOMENDADOS PARA ALGUMAS OPERACOES DEUSINAGEM. 62

FLUIDOS DE CORTE

Com excecao do ferro fundido, que pode ser cortado a seco, a maioria dos metais e das ligase usinada com o emprego de fluidos de corte, que permitem a usinagem mais eficiente, mais rapidae de melhor acabamento, porque a presenca desses fluidos promove nao so o resfriamento da pecae das ferramentas, como igualmente a lubrificacao da ferramenta e da superfcie das pecas, alem deformar uma pelcula sobre a superfcie da ferramenta, atuando como agente que impede a soldagem daferramenta com o cavaco e a corrosao (enferrujamento) da ferramenta, da peca e da propria maquinaoperatriz.


Captulo 6

Usinabilidade dos metais

6.1 Conceito de usinabilidadeUsinabilidade e um termo usado para definir o grau de dificuldade com que um material e usinado.

Na pratica, a usinabilidade dos materiais e uma grandeza tecnologica expressa atraves de um valornumerico comparativo, denominado INDICE DE USINABILIDADE.

O ndice de usinabilidade compara um determinado material com outro, adotado como padrao,com relacao a um dos seguintes criterios:

vida da ferramenta: medida pela quantidade de material que pode ser removida em condicoespadronizadas, ate que o desempenho da ferramenta se torne inaceitavel ou que esta apresentedeterminado desgaste.

velocidade de corte: maxima velocidade de corte na qual a ferramenta mantem desempenhosatisfatorio por um tempo pre-determinado.

consumo de potencia: medida de potencia necessaria para remover determinado volume dematerial sob condicoes de corte especficas.

qualidade de acabamento superficial da peca. temperatura de corte. caractersticas do cavaco.

6.2 Fatores que afetam a usinabilidade

6.2.1 Caractersticas intrnsecas do material Composicao Microestrutura Resistencia mecanica


6.3. USINABILIDADE PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 64

6.2.2 Variaveis na preparacao do processo Tipo de fluido de corte (quando utilizado) Material da ferramenta

6.2.3 Parametros de corte Velocidade de corte Velocidade de avanco Profundidade de corte

6.3 Usinabilidade Propriedades dos materiaisA usinabilidade diminui com o aumento de dureza, limite de escoamento e por razoes distintas

com o aumento de ductilidade. O raciocnio usual de que materiais ducteis tem boa usinabilidade,enquanto materiais frageis sao difceis de usinar, e falso.

As ligas de maior usinabilidade normalmente contem aditivos, que modificam a formacao docavaco, aumentando a vida da ferramenta. Estes aditivos sao constitudos por substancias formadorasde inclusoes, que ajudam a quebrar o cavaco e/ou promovem lubrificacao localizada da ferramenta.Alguns exemplos desses aditivos sao:

chumbo em bronzes e acos; compostos com enxofre em acos e materiais produzidos por metalurgia do po.

6.3.1 Dureza e resistencia mecanicaValores baixos normalmente favorecem a usinabilidade.

6.3.2 DuctilidadeMateriais muito ducteis sofrem grande deformacao plastica antes do rompimento; sao formados

cavacos longos e demandando alta energia (potencia da maquina), em funcao do atrito cavaco superfcie de sada da ferramenta.

Excesso de ductilidade pode ser reduzido por trabalho a frio; Baixa ductilidade significa alta dureza, e vice-versa, deve-se encontrar um ponto de equilbrio.


6.4. CLASSIFICACAO DOS METAIS SEGUNDO A SUA USINABILIDADE 65

6.3.3 Condutividade termica Alta condutividade termica do material. Grande parte da energia termica gerada no processo e dissipada pela peca. A regiao de corte e aliviada. Menor calor. Menor desgaste e maior vida da ferramenta.

6.4 Classificacao dos metais segundo a sua usinabilidade


6.4. CLASSIFICACAO DOS METAIS SEGUNDO A SUA USINABILIDADE 66

Classe I (> 70%) Classe II (55 a 65%) Classe III (40 a 50%) Classe IV ( 40%)ABNT HB IU ABNT HB IU ABNT HB IU ABNT HB IUC 1109 121 80 C 1008 155 55 C 1050 205 50 A 2515 200 30C 1117 170 90 C 1010 150 55 C 1070 192 45 E 3310 196 40C 1118 160 80 C 1015 131 60 C 1320 180 50 E 52100 206 30C 1120 160 80 C 1020 148 65 A 1340 200 50 E 9315 204 40C 1132 183 75 C 1030 190 65 A 2330 200 50 Ni-resis. 145 45C 1137 197 75 C 1035 163 65 A 2340 210 45 Aco AISI 160 35C 1141 212 70 C 1040 205 60 A 3145 208 50 W, Cr, C 218 30C 1022 189 70 C 1045 179 55 A 4150 208 50 Aco rapidoC 1016 121 70 A 1330 180 55 A 4340 210 50 220 35C 1211 163 95 A 1335 180 55 A 4815 190 50 Aco ferramenta,C 1112 160 100 A 2317 174 55 A 5150 207 50 altos C e Cr 25B 1113 170 135 A 3120 150 65 A 6120 187 50 FF duro 249 40A 4023 183 70 A 3130 179 55 A 6145 207 50 A 8750 212 40A 4027 189 70 A 3140 197 55 A 6152 195 50A 4032 190 70 A 4037 200 65 A 9260 184 45FF maleavel A 4042 200 65 NE 9261 198 50Comum 120 110 A 4047 209 55 Inox. (18-8Perltico 185 90 A 4130 229 55 FM) 180 45FF macio 160 70 A 4137 229 60 A 8645 210 50Aco inox 410 A 4145 229 55 A 8650 212 45Aco inox 410 A 4145 229 55 A 8650 212 45

A 4320 200 55 A 8745 219 45A 4625 200 65A 4640 187 55A 5120 190 65A 5140 202 60

A 8620 200 60 A 8630+ 190 65A 8640+ 170 55 A 9440 190 60A 8740+ 200 55 FF% 195 60

Tabela 6.1: Indice de usinabilidade de diversos metais ferrosos (ABNT notacao ABNT quanto aotipo de metal; HB dureza Brinell; IU ndice de usinabilidade em %).


Captulo 7

Automatizacao de processos

7.1 Historico e conceitos basicos

7.1.1 Definicao de Sistemas com CNControle: Eletronic Industries Association of U.S.A (E.I.A.): E um sistema em que as acoes sao

controladas via insercao direta de dados numericos em algum ponto do mesmo, dos quais pelo menosuma porcao deve ser interpretada automaticamente.

Comando: fisicamente, O CN e um equipamento eletronico capaz de receber informacoes pormeio de entrada propria, interpreta-las e transmiti-las em forma de um comando a` maquina, de modoque esta, sem intervencao do operador, realize as operacoes numa sequencia (pre) programada.

7.1.2 Historico: 1945: Pos-guerra: incio das pesquisas motivadas pela industria de aviacao (E.E.U.U.). 1948: A cibernetica revolucionara as maquinas operatrizes! Mas como? Tentativa do uso do computador controlando diretamente o processo: fracasso, atraso nas

pesquisas com o CN.

1949: M.I.T. + U.S.A.F. + Parsons Corporation fazem acordo. esforco organizado: pesquisa sobre uma fresadora de 3 eixos, cujos controles de copiagem

foram removidos para a maquina ser aparelhada com um CN; publicacao dos resultadosem 1952.

Corrida Armamentista e Aeroespacial nos fins da decada de 50: surgimento da maquina com geracao contnua de contornos e incio da producao de ma-

quinas ja comandadas com o CN.

1956: M.I.T. inicia o desenvolvimento da linguagem de programacao APT (Automatically Pro-gramed Tool) que permite geracao contnua de contornos terminada em 1957 pela A.T.A.


7.1. HISTORICO E CONCEITOS BASICOS 68

1958: A E.I.A. or

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Apostila de Usinagem