Apostila Processos de Usinagem

Processos de usinagem Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Processos de Usinagem

Fabricao por Remoo de Material

Prof. Dr. Eng. Rolf Bertrand Schroeter (verso original)Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau (verso atual)Prof. Dr.-Ing. Walter Lindolfo Weingaertner

Reviso: 2004/1


Sumrio

Introduo disciplina

Definio de usinagem

Usinagem dentro dos processos de fabricao

Evoluo histrica

Importncia da usinagem na industria metal mecnica

Limites dos processos de fabricao

Classificao dos processos de usinagem

Cinemtica geral dos processos

Grandezas do processo

Geometria da cunha de corte

Cavacos: mecnismo de formao, tipos, relao entre propriedades mecnicas dos

materiais e formao do cavaco, etc. Solicitaes na cunha de corte: mecnicas e trmicas

Influncias da Geometria da Ferramenta

Materias de ferramentas: requisitos, evoluo, tipos, caractersticas, emprego, custos, etc.

Revestimento de Ferramentas

Desgaste em ferramentas de usinagem: mecnismos de desgaste, formas, medio,

desgaste como critrio de fim de vida, conseqncias do desgaste, etc. Conceito de vida da ferramenta

Equao de Kisley

Conceito de usinabilidade : definies, critrios de usinabilidade

Qualidade Superficial: conceito, formao da superfcie, formas de avaliao

Fluidos de corte: funo, requisitos, emprego, cuidados, etc.

Aspectos econmicos na usinagem

Fundamentos da usinagem com ferramentas de geometria definida

Classificao dos processos

Torneamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Fresamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Mandrilamento: Generalidades e limitantes do processo, mquinas, etc.

Plainamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.


Furao: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Alargamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Rosqueamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes,etc.

Fundamentos da usinagem com ferramentas de geometria no definida


Retificao: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Brunimento: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Lapidao: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Polimento: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Outros de usinagem de geometria no definida

Fundamentos dos processos de usinagem no Convencionais


Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.

Remoo trmica

Remoo qumica

Remoo eletroqumica

Outros processos no convencionais: jato d'gua, outros

Planejamento do processo de fabricao por usinagem

Introduo ao Comando Numrico

Integrao CAD/CAM

Noes gerais de projeto para usinagem

Bibliografia:

Stemmer, C. E. Ferramentas de corte I. Ed. da UFSC, 1998Stemmer, C. E. Ferramentas de corte II. Ed. da UFSC, 1998Ferraresi, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais. Edgar Blucher, 1977Koenig, W. Tornear, Fresar e Furar, VDI Verlag 2000Koenig, W. Processos de usinagem com ferramenta de geometria no definida, Koenig, W. Processos de usinagem no convencionaisWeck, M. Handbook of machine tools, vol.2Weck, M. Handbook of machine tools, vol.5


Definio de usinagem

A DEFINIO de usinagem, segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os processos de fabricaoonde ocorre a remoo de material sob a forma de cavaco.

CAVACO poro de material da pea retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentarforma irregular.

O estudo da usinagem baseado na mecnica (Atrito, Deformao), na Termodinmica (Calor) e

nas Caracatrsticas dos materiais.

Usinagem dentro dos processos de fabricao

Relao entre processo de fabricao e qualidade superficial

PROCESSOVALORES DE RUGOSIDADE (m Ra)

50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 0,025 0,0125OXICORTESNAGGINGSERRAPLAINAMENTO, SHAPING

FURAOUSINAGEM QUMICAELETROEROSOFRESAMENTO

BROCHAMENTOREAMINGFEIXE DE ELETRONSLASERELETROQUMICATORNEMANENTO,BARREL FINISHING

RETIFICAO ELETROLTICAROLETAMENTORETIFICAOBRUNIMENTO

POLIMENTO ELETROLTICO POLIMENTOLAPIDAOSUPPERFINISHING

FUNDIO EM AREIALAMINAO A QUENTEFORJAMENTOFUNDIO EM MOLDE PERMANENTE

INVESTIMENT CASTINGESTRUSOLAMINAO A FRIOFUNDIO SOB PRESSO

50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 0,025 0,0125


Diviso da usinagem segundo a preciso atingvelUSINAGEM PRECISO ATINGVEL

ANO 1.980 2000NORMAL 5 um 1 umDE PRECISO 0,5 um 0,1 umDE ULTRAPRECISO 0,05 um 0,01 um

Relao entre preciso e mecanismo de usinagemPRECISO MECANISMO DE USINAGEM

10 um ELETROEROSO POR FASCAUSINAGEM QUMICACORTE COM FIOS ABRASIVOS

1 um ELETROEROSO DE PRECISOPOLIMENTO ELETROLTICOUSINAGEM FINA OU RETIFICAOFOTOLITOGRAFIA (LUZ VISVEL)

0,1 um RETIFICAO DE SUPERFCIES ESPELHADASLAPIDAO DE PRECISOFOTOLITOGRAFIA (LUZ ULTRAVIOLETA)USINAGEM COM FERRAMENTA DE GUME NICO

0,01 um USINAGEM POR ULTRA-SOMLAPIDAO MECNICO-QUMICALAPIDAO REATIVAUSINAGEM A LASEREXPOSIO A FEIXE DE ELTRONSEXPOSIO A RADIAO

0,001 um (1 nm) LAPIDAO SEM CONTATOUSINAGEM INICAUSINAGEM QUMICA

SUBNANMETRO (> 1 nm) FEIXES ATMICOS OU MOLECULARES

Importncia da usinagem na industria metal mecnica

Figura 1 Exemplo de peas usianadas


A maior parte de todos os produtos industrializados em alguma de suasetapas de produo, direta ou indiretamente sofre algum processo de

usinagem

Exemplos da importncia da usinagem:

80% dos furos so realizados por usinagem

~100% dos processos de melhoria da qualidade superficial so feitos por usinagem

o comrcio de mquinas-ferramentas representa uma das grandes fatias da riqueza mundial

~70% das engrenagem para transmisso de portncia

~90% dos componentes da industria aeroespacial

~100% dos pinos mdico-odontolgicos

~70% das lentes de contatos

Lentes para CD player ou suas matrizes

Figura 2 Exemplo de componentes de grande porte usinados


Limites dos processos de fabricao

Figura 3 Principais limitantes dos processos de usinagem

PEA

V

,f

LIMITANTES DO PROCESSO DE USINAGEM

FIXAO DA FERRAMENTA

- Material- Estabilidade dinmica

ELEMENTOS DE MQUINA

SISTEMAS DE MEDIO E CONTROLE

ACIONAMENTO

FIXAO DA PEA ESTRUTURA

MQUINA-FERRAMENTA

FERRAMENTA

- Material- Geometria

QUESTES DE ORDEM

AMBIENTAL

QUESTES DE SEGURANAO DO OPERADOR


Classificao dos processos de usinagem

Os processos de usinagem so classificados da seguinte forma:- Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida

Tornear

Fresar

Furar

Rosquar

Alargar

Brochar

Serrar

Plainar, outros

- Usinagem com Ferramentas de Geometria no Definida Retificar

Brunir

Lapidar

Lixar

Polir

Jatear

Tamborear, outros

- Usinagem por Processos No Convencionais Remoo trmica

Remoo Qumica

Remoo Eletroqumica

Remoo por ultra-som

Remoo por jato d'gua, outros


A evoluo histrica dos processos de usinagem

Figura 4 Plaina Neoltica de 6000 A.C. (Spur, 1997)

Figura 5 Ferramentas de pedras (Spur, 1997)

Figura 6 Furadeira a arco egpicia 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 SC. XIV - Desenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa SC. XVI - Torneamento ornamental - Jaccques Benson

Figura 7 Torno a arco 1565 (Spur, 1997)

SC. XVII Melhoria nos processos de fabricao de ferro e ao SC. XVIII - Primeiras obras conhecidas sobre torneamento Jacques Plumier - LART DE

TORNEURS.


Figura 8 Furadeira de Willkinson Acionada a roda d'gua

SC. XIX Revoluo industrial Desenvolvimento da mquina a vapor James Watts

Primeiras Mquinas-Ferramentas projetadas segundo princpios modernos

Fabricao em srie

Ao ferramenta o principal material de ferramentas de usinagem

Figura 9 Torno de Maudslay 1848

SC. XX Sculo da tecnologia 1900 Taylor apresenta o Ao Rpido 1930 Vanner Bush inventa o primeiro computador analgico 1935 desenvolvido o Metal Duro 1946 desenvolvido o primeiro computador eletrnico digital o ENIAC 1947 desevolvido o primeiro transistor nos Laboratrios Bell 1950 Primeira mquina-ferramenta numericament controlada, utilizando um computador

eletrnico EDSAC nos MIT-EUA

1960 - Primeira LASER foi construdo por Theodore Maiman, Laboratrios Hugues


1968 Borroughs produz os primeiros computadores utilizando circuitos integrados '70 - BRIAN Primeiras Pesquisas sobre usinagem de ultrapreciso '70 Primeiras ferramentas Cermets Japo '80 Primeiras pesquisas sobre usinagem de alta-velocidade '90 Ferramentas cermicas '90 Ferramentas CBN, Diamante

Figura 10 Evoluo da preciso na usinagem no sculo XX

SC. XXI Tendncias para este sculo

Figura 11 Tendncias para a usinagem no sculo XXI

Mquinas-Ferramentas(Instrumentos de Preciso)

Tornos e Fresadoras

Tornos de PrecisoRetificadorasLapidadorasBrunidoras

Geradoras de curvasFuradeiras de precisoLapidadoras de PrecisoMquinas de super acabamento

0,1 m

0,05 m

0,005 m

0,001 m

1 m

0,01 m

1900 1920 1940 1960 1980 2000 ANO

10- 2

10- 3

10- 4

0.03 nm

(1nm)

5 m

10 m10 m10 m

USINAGEM CONVENCIONAL

USINAGEM DE PRECISO

USINAGEM DE ULTRAPRECISO

10- 1

10 0

10 1

10 2

PREC

ISO

DE

USI

NAG

EM A

TIN

GV

EL [

m ]

EsterolitografiaEquipamentos de DifraoRetificadoras de preciso super altaLapidadoras de preciso super altaPolidoras de preciso super alta

Reificadoras de precisoLapidadoras de preciso(Retificadoras de lentes)Tornos de preciso (ferramentas de diamante)

Mascaras de alinhamento(Polidoras de Lentes)Retificadoras de Preciso (rebolos de diamantes)Tornos de ultrapreciso

Feixe de tomos ou eltronsDeposio atmica ou molecular

Sintetizao de substncias

TENDNCIAS NO DESENVOLVIMENTO DE

MQUINAS-FERRAMENTAS

MXIMA FLEXIBILIDADEMXIMA VELOCIDADE

MXIMA PRECISO - ULTRAPRECISO-


Cinemtica geral dos processos de usinagem

Os processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e no definida, necessitam de ummovimento relativo entre pea e ferramenta.

Figura 12 Viso Geral da cinemtica dos processos

Nos processos no convencionais a cinemtica no visa a iterao entre pea e ferramenta,

necessria a formao do cavaco, mas sim gerar um movimento de guiagem da ferramenta.

Grandezas do processo

Pea Tudo aquilo que ir sofrer uma operao de usinagem Dispositivo de fixao local onde ser fixada a pea Ferramenta tudo o que realiza uma operao de usinagem Porta-ferramenta - dispositivo destinado a fixar a ferramenta Mquina-ferramenta elemento que proporcionar os movimentos, velocidade, avano e a fora

necessria ao processo de usinagem


Figura 13 Grandezas do processo

Movimentos que causam diretamente a remoo de cavaco:

de corte

de avano

efetivo de corte

Movimentos que no causam diretamente a remoo de cavaco:

de aproximao e afastamento

de ajuste

de correo


Velocidades do processo de usinagem

Velocidade de Corte (Vc)

Vc = f (material pea/material ferramenta)

V c=d n1000

(Eq. 1)

Velocidade de Avano (Vf) Velocidade efetiva de corte (Ve)

Figura 14 Movimentos nos processos de usinagem

VeVc

Vf

Pea

Ferramenta

Mov. Efetivo

Mov.de Avano

Mov.de Corte

Pea

Ferramenta

Ve

Vc

VfMov. EfetivoMov.de Avano

Mov.de Corte

Vc

Mov.de Avano

Mov.de Corte

Ve

Vf

Mov. Efetivo

Pea

Ferramenta

Ve

Vc

VfMov.de Avano

Mov.de CorteMov. Efetivo

Pea

Ferramenta


Grandezas de corte

avano (f)

profundidade de corte (ap)

largura de corte (b)

espessura de corte (h)

ngulo de direo do gume (c)

Figura 15 Grandezas do processo de usinagem

Relaes que envolvem a qualidade de uma pea usinada

Figura 16 Relaes que envolvem a qualidade de uma pea usinada

GEOMETRIA DA FERRAMENTA

DESGASTE DA FERRAMENTA

FIXAO DA PEA

ESTABILIDADEDA PEA

PESO DA PEA

TEMPERATURA DE CONTATO

DADOS DE USINAGEM

ESTABILIDADE

. ESTTICA

. DINMICA. TRMICA

RIGIDEZ ESTRUTURAL E DOS ACIONAMENTOS

ERROS NUMRICOS DE INTERPOLAO

SISTEMA DE MEDIO DE POSICIONAMENTO

REPETIBILIDADE DE POSICIONAMENTO

VIBRAESTEMPERATURA

EXATIDO

ERROS DEVIDOS AO MTODO DE OPERAO

PRECISO DA PEA

ERROS DA MQUINA

Erros do meio

Pea

r

f

.b.h

Onde:

r - ngulo de direo do gume

ap - Profundidade de corte

f - Avano

b - largura de usinagem

h - Espessura de usiangem

ap * f = seo de usinagem

b * h = seo de usinagem

Ferramenta


Geometria da Cunha de Corte

Cada par material de ferramenta / material de pea tm uma geometria de corte apropriada ou

tima

A geometria da ferramenta influncia na: Formao do cavaco

Sada do cavaco

Foras de corte

Desgaste da ferramenta

Qualidade final do trabalho

Figura 17 Denominaes para as ferramentas de tornear

,r

Cunha de corte

Face

Flanco


Figura 18 Geometria da ferramenta de tornear

Onde:

a = ngulo de incidncia

b = ngulo de cunha

g = ngulo de sada

e = ngulo de quina

c = ngulo de direo

l = ngulo de inclinaore = raio de quina

Direo de corte

HasteDireo de

avano

Face

Gume secundrio

Gume principal

Chanfro na face do gume principalChanfro na flanco do

gume secundrio

Flanco principal

Flanco secundrio

Quina com raio de arredondamento

Chanfro na flanco do gume secundrio


Figura 19 Planos no sistema da ferramenta na mo Ferramentas de tornear

Figura 20 Tipos de quinas

Plano passivo da ferramenta Pp

Plano de trabalho convencional Pf

Plano de referncia da ferramenta Pr

Direo presumida do movimento de

avano

Direo presumida do movimento de corte

Ponto selecionado no gume

Interseo efetiva dos gumes

Quina aredondada Quina chanfrada

b

Plano do gume da ferramenta Ps

Plano ortogonal da ferramenta Po

Plano de referncia da ferramenta Pr

Direo presumida do movimento de

avano

Direo presumida do movimento de corte

Ponto selecionado no gume

Plano nprmal do gume Pn


Figura 21 Denominaes para as ferramenta de furar

Figura 22 Denominaes para as ferramentas de fresar

Fatores a serem considerados na escolha da geometria da ferramenta:

- Material da ferramenta

- Material da pea

- Condies de corte

- Tipo de operao

- Geometria da pea

Direo de avano

Face

Gume secundrio

1o Flanco principal

Flanco principalFlanco secundrio

Gume principal2o Flanco principal

Corpo da ferramenta

QuinaFace Guia

Flanco

Gume principal

Canal

Gume Transversal

Direo de avano

Direo de corte


Influncias da Geometria da Ferramenta

Figura 23 - Influncia da geometria da cunha

Aumento da estabilidade do gume

Desgastemenor

Maiores foras passivasAumento da estabilidade do gume

Reduo da vibraoReduo da Fora de corte

= 6 at 12

Elevada estabilidade do gume

= 10 at 100

Reduo da vibraoReduo da forade corte

Fase da face

Desgaste menor

Aumento da estabilidade do gume

Baixa espessura de usinagem

Melhor formao do cavacoMelhor superfcieReduo da fora de corteDesgaste menor

Aumento da qualidadesuperficial

= +6 at -6

Guia dofluxo docavaco

= -10 at + 20

r = 0,4 at 2 mm


Cavacos

Figura 24 Denominaes para a formao dos cavacos

Figura 25 Regies da formao do cavaco

FlancoFacePea

h

h ch

Onde: = ngulo de incidncia = ngulo de cunha = ngulo de sadah = espessura de usinagem (antes da retirada do cavaco)hch = espessura de corte(depois da retirada do cavaco)

FlancoFace

Estrutura da pea

h

Estrutura do cavaco

Plano de cisalhamento

FerramentaSuperfcie de corte

,a

,b,e

,d,c

Onde: a) zona de cisalhamento

b) regio de separao do material para materias frgeis

c) superfcie do cavaco - deformaes devidas a esforos

d) superfcie de corte - deformaes devidas a esforos

e) regio de separao para materiais dcteis


Tipos de cavacos

Figuga 26 Tipos de cavacos em funo do material

Figura 27 Classificao dos cavacos

1

23

4

4

321 Cavaco contnuo Cavaco de lamelas Cavaco cisalhado

Campo de forma- o de cavacos cisalhado, arrancado e lamelar.

Campo de formao de cavaco contnuo

Campo elstico Campo

plastico Campo plstico

Grau de deformao no plano de cisalhamento

Grau de deformao Te

nso

Tens

o

0

Cavaco arrancado

E

B

Z

0


Solicitaes na cunha de corte

Foras na usinagem

Fora de usinagem = f (condies de corte (f, vc, ap), geometria da ferramenta (, , ), desgaste

da ferramenta)

Figura 28 Esforos no processo de torneamento

Onde:

Fc = Fora de corte

Ff = Fora de avano

Fp = Fora de avano

Fc e Ff ~ 250 a 400 N/mm2 - aos de construo mecnica

Fc e Ff ~1100 N/mm2 - materiais de difcil usinabilidade

,f ,nFf

Fp

Fc

F


Subdiviso do trabalho efetivo na usinagem

Figura 29 Subdiviso do trabalho efetivo

Solicitaes trmicas

Figura 30 Solicitaes trmicas na cunha de corte

100

200

300

400

500

700

0 0,2 0,4 0,6 0,8 mm 1,0

m.daNm

Trabalho efetivoW

W = F . I

Trabalho de deformao

Trabalho deatrito

Trabalho de cisalhamento

Trabalho de corte

Atrito no flanco

Atrito na face

Energia latentee

calor

Material da pea 55 NiCrMoV 6

Resistncia trao R 800 N/mm

Velocidade de corte v 100 m/min

Largura de usinagem b 4,25 mm

ngulo de incidncia 5

ngulo de sada 10

Espessura de usinagem h

Trab

alho

efe

tivo

W

/ C o

mpr

imen

t o d

e co

rte

Trabalho total

Atrito no flanco e trabalho de corte

Trabalho de cisalhamento

Atrito na face

m

c

e

e e e

e

2


Materias de ferramentas

Figura 31 Foras, atrito e movimento na formao do cavaco

Requisitos desejados em uma ferramentas de corte Resistncia compresso

Dureza

Resistncia flexo e tenacidade

Resistncia do gume

Resistncia interna de ligao

Resistncia a quente

Resistncia oxidao

Pequena tendncia fuso e caldeamento

Resistncia abraso

Condutibilidade trmica, calor especfico e expanso trmica adequados

Evoluo dos materiais de ferramenta

Ao ferramenta (1868)

Ao rpido (1900)

Stellite (1910)

Metal duro (1926)

Cermicas (1938)

Nitreto de boro cbico (dcada de 50)

Diamante mono e policristalino (dcada de 70)

Pea

Ferramenta

,n

Cavaco

,f

Atrito

ForcaMovimento

relativo

Calor

Desgaste


Propriedades dos materiais de ferramentas

Figura 32 Caractersticas de resistncia dos materiais de ferramentas

Classificao dos materiais de ferramentas

Figura 33 Classificao dos materiais de ferramentas

Ao-ferramentaAo-rpido

Metal-duro (WC)Cermets (TiC/TiN)

Cermicaxida

Cermicano-xida

Diamante CBN

Mista Reforadac/ W iskers

xida C/ Si3N4

A l2O3 A l2O3 + ZrO2

Al2O3 A l2O3 +ZrO2 + TiC

Al2O3 +SiC-wisker

Si3N4 +demais

DiamantemonocristalinoDiamantepolicristalino

CBNCBN + TiCCBN + BNhexagonal

Materiais para Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida

Materiais CermicosMateriais de LigaoMateriais Metlicos

Materiais de Altssima DurezaCermicas de Corte

Tenacidade, resistncia flexo

Diamante

CBN

Cermicas

CERMETS

Metal-duro revestidoMetal-duro

Ao-rpidorevestido

Ao-rpido

Vc 60 dureza resist. flexo


Resistncia a quente dos principais materiais de ferramentas

Figura 34 Resistncia a quente dos materiais de ferramentas

Dureza de alguns materiais de corte

Figura 35 Dureza dos principais materiais de ferramentas

2500

2000

1500

1000

500

200 400 600 800 1000

Dur

eza

HV

10

Temperatura oC

Cermicas xidas

Cermicas mistas

Cermicas no xidas

Metal duro P-10

Stellite

Ao rpido

Diamante

CBN

B C

SiC

TiC

- Al O

Dureza(Vickers) [ N/mm ]

Condutividade trmica [ W/mK ]

100 1000 100002500500010000

2 3

4

2RT


Caractersticas e emprego

Aos ferramenta

Caractersticas- Acos carbono (0,8 a 1,5 % de C), semou com minimos teores de elementos de liga- Principal material utilizado ate 1900- Baixo custo- Facilidade de afiacao obtencao de gumes vivos- Tratamento termico relativamente simples elevada dureza e resistencia ao desgaste- Resistem a temperatura de at aproximadamente 250C

reas de aplicao dos aos-ferramentas- Usinagem de acos doces com Vc < 25m/min- Brocas para uso domestico hobby- Ferramentas para carpintaria

Aos rpidos

Caractersticas

- Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V)

- Dureza de 60 a 67 HRC

- Resistem a temperatura de at aproximadamente 520 a 600C - Clssico 18 (%W) - 4 (%Cr) 1 (%V)- Ao super rpido adio de Co- Tratamento trmico complexo- preo elevado

reas de aplicao dos aos-rpidos- Ferramentas para todas as operaes de usinagem- Ferramentas para desbaste e acabamento- Machos e cossinetes de roscas- Brocas helicoidais- Alargadores- Fresas de todos os tipos


- Ferramentas de plainar- Escareadores- Ferramentas para trabalho a frio- Ferramentas para trabalho em madeira- outras.

Ligas Fundidas Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy

Caractersticas

- Composio tpica: 3% Fe, 17% W, 33% Cr e 44% Co

- Resistem a temperatura de at aproximadamente 700 a 800C - W Mn, Mo, V, Ti e Ta- Tratamento trmico complexo- Preo elevado

reas de aplicao dos aos-rpidos- Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida- Material para abrasivos- Isoladores trmicos, isoladores eltricos- Fundio de materiais cermicos- outros

Metal Duro - WIDIA

Caractersticas

- Desenvolvimento 1927 - Leipzig

- Composio tpica: 81% W, 6% C e 13% Co (WC-Co)

- Resistem a temperatura de at aproximadamente 1000C (mesma dureza que o ao rpido temperatura ambiente)

- Maiores vc com relao as ligas fundidas, aos rpidos e aos ferramenta

- Aumento na vida til das ferramentas na ordem de 200 a 400%

- Boa distribuio da estrutura

- Boa resistncia compresso

- Boa resistncia ao desgaste a quente


- Possibilidade de se obter propriedades especficas com variaes da composio decarbonetos

- A princpio utilizado para a usinagem de materiais fundidos

- Anos 70 (seculo XX)- surgimento de metais duros revestidos

- Surgimento dos primeiros Cermets (metais duros base de TiC)- maiores vcs -1973 -

Japo

Estrutura do Metal Duro

Figura 36 Distribuio dos componenes do metal-duro

onde:

a = carbonetos de tungstnio

b = cobalto

g = carbonetos de titnio, tntalo e nibio

Propriedades dos componentes do Metal Duro

Carboneto de tungstnio (WC)

- Solvel em Co => alta resistncia de ligao interna e de gume

- Boa resistncia ao desgaste abrasivo (melhor que TiC e TaC)

- Limitaes de vcs devido tendncia difuso em temperatu-ras elevadas

(TiC, TaC, NbC)


Carboneto de Titnio (TiC)

- Baixa tendncia difuso

- Boa resistncia quente

- Pequena resistncia de ligao interna baixa reistncia de gume

- Os metais duros com alto teor de TiC so frgeis

Carboneto de Tntalo (TaC)

- Em pequenas quantidades refino do gro proporciona um aumento de tenacidade e deresistncia do gume

- A resistncia interna do metal duro cai menos do que quando utilizado TiC

Carboneto de Nibio (NbC)

- Em pequenas quantidades refino do gro proporciona um aumento de tenacidade e deresistncia do gume

- A resistncia interna do metal duro cai menos do que quando utilizado TiC

Nitreto de titnio (TiN)

- Componente de maior influncia nas propriedades dos Cermets

- Menor solubilidade no ao

- maior resistncia difuso que o TiC

- Alta resistncia ao desgaste

- Estrutura de gros finos

Cobalto (Co)

- Melhor metal de ligao para metais duros com base em WC

- Boa solubilidade do WC

- Bom ancoramento dos cristais de WC


Grandezas de influncia sobre a resistncia ao desgaste e a tenacidade

Figura 40 Influncia dos constituintes do metal-duro nas suas caractersticas

(Ti,Ta)CDur

eza

Res

ist

n-ci

a

Cor

ros

o TiCTaC

Res

ist

n-ci

a a

Flex

o TaCTiC

Res

ist

n-ci

a ao

D

esga

ste

Contedo de Co

Tamanho do Gro do WC

Contedo de Car-bonetos Mistos

Qualidade do Material da Ferramenta

Alta Resistncia ao Desgaste

AltaTenacidade

Contedo de Co:

Tamanho do Gro do WC:

Contedo de Carbonetos Mistos: Contedo de Carbonetos Mistos:

Tamanho do Gro do WC:

Contedo de Co:


Classificao dos Metais Duros

Metais duros base de WC-Co

Alta resistncia compresso

Aconselhveis para a usinagem de ao mole, materiais de cavaco curto, fundidos, no

ferrosos, materiais resistentes ao calor e no metlicos como pedra e madeira

Metais duro base de WC- (Ti, Ta, Nb)C-Co

Comparados aos metais duros WC-Co possuem melhores propriedades sob altas

temperaturas

Aconselhveis para usinagem de aos de cavacos longos

Metais duro base de TiC-TiN-Co, Ni (Cermets)

Grande dureza, baixa tendncia difuso e adeso, boa resistncia a quente

Apropriados para o acabamento de aos (torneamento e fresamento)

Classes de matal duroCor Classe Velocidade Avao Resistncia Tenacidade

Azul

P-01

P-10

P-20

P-30

P-40

P-50

Amarelo

M-01

M-10

M-20

M-30

M-40

Vermelho

K-01

K-10

K-20

K-30

K-40

Figura 41 Classes de metal-duro


reas de aplicao dos Metais Duros- Ferramentas para quase todas as operaes de usinagem (sob a forma de insertos)- Ferramentas para desbaste e acabamento- Brocas helicoidais- Brocas para furao profunda- Fresas de topo- Alargadores, outras.

Metal Duro Fabricao

Figura 42 Etapas da fabricao de metal-duro

Carboneto de Tungstnio WC

Componentes de LigaTiC, (Ta,Nb)C, Mo C, VC, Cr , C

Metal de Ligao Co, Ni 2 3 2

Mistura, Moagem mida, Peneiramento mido

Sacagem a Vcuo Peneiramento

P de Metal Duro

Prensagem Isosttica Fria

Usinagem

Meio de Prensagem

Secagem do Pulverizado

Granulado de Metal Duro

Granulao

Prensagem Isosttica Fria Prensa com Matriz

Plastificao

Secagem a Vcuo Amassamento

Secagem a Vcuo Amassamento

Massa de Metal Duro

Moldagem por InjeoPrensagem por Extruso

Massa de Metal Duro

Enceramento Sinterizao

Enceramento Sinterizao/HIP

Enceramento Sinterizao

HIP

coisaHastes, Perfis Retificao, Corte Revestimento

Pea Pronta

Pea moldadaAfiada para Proteoao Desgaste

Hastes Especiais Perfis Broca, Fresas

Hastes, Perfisd < 22 mmBrocas com Canaisde Refrigerao

PastilhasFerramentas p/ MineraoPequenas Peas de MancaisHastes Curtas

Pequenas Massascom Geometria Complexa


Materiais de corte cermicos

Classificao das cermicas de corte

Figura 43 Classificao dos materiais cermicos

==> Whiskers - cristais unitrios em formas de agulhas com alta resistncia mecnica

Caractersticas gerais:

- Alta resistncia compresso

- Alta estabilidade qumica

- Limitaes na aplicao devido ao comportamento frgil e disperso das propriedades deresistncia mecnica

- Aplicao indispensvel em reas como fabricao de discos de freio

Cermicas

Cermicas No xidasCermicas xidas

Al2O

3

Al2O

3 + ZrO

2

Al2O

3 + TiC

Al2O

3 + ZrO

2 + TiC

Al2O

3 + SiC (whisker)

2

Cermicas xidas

Cermicas Mistas

Cermicas Reforadas

Cermicas de Nitreto de Silcio

Si3N

4 + aditivos sinterizados

Si3N

4 + Sialon + aditivos

sinterizados

Si3N

4 + Metal Duro + aditivos

sinterizados


Classificao das Cermicas xidas

Cermicas base de Al2 O3

- Tradicional - cermica xido branca

- Al2 O3 + xido de zircnio finamente distribudo

- Torneamento de desbaste e acabamento de FoFo cinzento, aos cementados, aos temperados eextrudados

Cermicas reforadas por whiskers

- Base de Al2 O3 + 20 a 40 % de whiskers de SiC

- Whiskers - cristais unitrios em formas de agulhas com alta resistncia mecnica

- Melhora a tenacidade (60 % maior que cermicas mistas)

- Boa resistncia a choques trmicos - corte com fluidos

Cermicas mistas (pretas)

- Base de Al2 O3 + 5 a 40% de componentes no xidos (TiC ou TiN)

- Gros finos melhor tenacide, resistncia ao desgaste e resistncia de quina

- Maior dureza que as xidas, maior resistncia a choques trmicos

- Torneamento e fresamento leves de FoFo cinzento

- Usinagem de aos cementados e temperados


Figura 44 Dureza a Quente de Diversos Materias de Ferramentas

Cermicas no xidas

So cermicas a base de: Carbonetos, nitretos, boretos, silicatos, etc. Principalmente materiais

base de Si3N4

Diviso em relao composio qumica

I: Nitreto de silcio + materiais de sinterizao;

II: Nitreto de Silcio + fases cristalinas + materiais de sinterizao;

- Sialone - o Si3N4 pode conter at 60 % de Al2 O3 na mistura slida

III: Nitreto de silcio + materiais duros + materiais de sinterizao.

- Si3N4 com propriedades influenciadas por materiais como TiN,TiC, xido de zircnio e whisker - SiC

Campos de aplicao

- Usinagem de FoFo (grupo I), torneamento de discos de freio e desbaste de ligas base de nquel(grupos II e III)

2500

2000

1500

1000

500

200 400 600 800 1000

Dur

eza

HV

10

Temperatura oC

Cermicas xidas

Cermicas mistas

Cermicas no xidas

Metal duro P-10

Stellite

Ao rpido


Materiais de corte superduros no-metlicos

Nitreto de Boro Cbico CBN

Diamante

Nitrero de Boro

Caractersiticas- Forma mole - hexagonal (mesma estrutura cristalina do grafite)

- Forma dura - cbica (mesma estrutura do diamante)

- Wurtzita - simetria hexagonal (arranjo atmico diferente do grafite)

- Fabricao de Nitreto de boro hexagonal atravs de reao de halogneos de boro comamonaco

- Transformao em nitreto de boro cbico atravs de altas presses (50 a 90 kbar) etemperaturas 1800 a 2200 K

Classificao e aplicaes

I CBN + fase ligante

- Ferramentas convencionais de PCBN

- Alto teor de CBN - pouco ligante - gros grandes

- Desbaste de materiais ferrosos

II CBN + carbonetos (TiC + fase ligante)

- Fase ligante composta principalmente de TiC ou nitreto de

alumnio e TiN

- Menor teor de CBN e maior de ligantes desenvolvidos

especialmente para usinagem de preciso


III CBN + nitreto de boro hexagonal com estrutura de wurtzita (HBN) + fase ligante(+materiais duros)

- Cristais finos ==> alta tenacidade

- Desbaste e acabamento de aos fundidos e temperados

Diamantes

Classificao quanto a origem:

Naturais

- Normalmente na forma monocristalina

- Anisotropia das propriedades mecnicas

- Clivagem em quatro orientaes preferenciais

Sintticos

- Fabricao sob temperatura e presso elevadas

- Produo de partculas de diamante monocristalino (transformado em policristalinopor compresso a quente

quanto a composio do inserto:- Monocristalino- Policristalino diversos cristais aglutinados por galvanizao

reas de aplicao de CBN

- Monocristalino - usinagem de metais leves, pesados e nobres, borracha mole e dura, vidro,plsticos e pedra; usinagem de preciso

- Policristalino - metais leves, pesados, nobres, plsticos, carvo, grafite, metal duro pr-sinterizado,usinagem de preciso e desbaste, alumnio com alto teor de Si


Distribuio dos materiais de ferramenta na indstria

Figura 45 % de Ferramentas na industria automobilstica alem 1995

Tpicos Revestimento de Ferramentas

Cosideraes Gerais sobre Ferramentas de corte

Conceito de vida da ferramenta

Desgaste em ferramentas de usinagem

Conceito de usinabilidade

CBN+PKD 2

MD - CVD 39,2

MD PVD 5,9

MD S/ REV. 35

CERMETS 4

CERMICAS 14


Revestimento de Ferramentas

Figura 46 Aes de foras, atrito e movimentos no torneamento

Figura 47 Conseqncias do processo sobre a ferramenta

Funes dos revestimentos- Proteo do material de base da ferramenta- Reduo de atrito na interface cavaco/ferramenta- Aumento da dureza na interface cavaco/ferramenta- Conduo rpida de calor para longe da regio de corte- Isolamento trmico do material de base da ferrmenta

Pea

Ferramenta

,n

Cavaco

,f

Atrito

ForcaMovimento

relativo

Calor

Desgaste

Material pea /

material ferramenta

Desgaste da Ferramente

Atrito

Calor Meio

Foras


Figura 48 Camadas multiplas de revestimentos e suas funes

Principais propriedades das camadas de revestimento

Carboneto de titnio (TiC)

alta dureza

proteo contra o desgaste na supercie de sada

tendncia difuso relativamente baixa

Nitreto de titnio (TiN)

estabilidade termodinmica

baixa tendncia difuso

Carbonitreto de titnio (Ti(C,N))

alta dureza

comportamento frgil

estabilidade trmica

Nitreto de Alumnio-titnio ((Ti, Al)N)

boa resistncia oxidao

boa dureza quente

xido de alumnio (Al2O3)

boa resistncia abraso

boa resistncia oxidao

Ferramenta(material de base)

Revestimento I reduo de atrito Revestimento II aumento de dureza

Revestimento IV isolamento trmico

Revestimento III conduo trmico


Processos de revestimentos de ferramentas

Dois processos bsicos Processo CVD Deposio Qumica de Vapor

Processo PVD Deposio Fsica de Vapor

Processo CVD

Figura 49 Processo CVD

Processo CVD Caractersticas Gerais

Reaes qumicas na fase gasosa em alto vcuo (0,01 at 1bar)

Os produtos da reao molham o substrato

Deposio de materiais como TiC, TiN, Ti(CxNy)HfN, Al2O3, AlON separadamente ou em camadas

Revestimento de peas de geometria complexa


HT - CVD (Alta temperatura - 900 - 1100 C)

Revestimento da maioria das ferramentas de metal duro

Alta fora de aderncia ao substrato

Confere ferramenta alta resistncia ao desgaste

Diminui a tenacidade do substrato

Risco de formao de fases frgeis na interface

MT - CVD (Mdia temperatura - 700 - 900 C)

Aplicao de Ti(C,N) de vrias formas

Vantagens em relao ao HT - CVD:

- Menor solicitao trmica para os mesmos modos de agregao

- Diminui o risco de descarbonetao - formao de fases frgeis

do substrato

- Ocorrem menos trincas nas ferramentas e a velocidade de

formao de rasgos menor

P - CVD (Plasma CVD - 450 - 650 C)

A temperatura no suficiente para que ocorram reaes qumicas na fase lquida

Adio de plasma pulsante para se obter energia adicional

Camadas de TiN, TiC, Ti(C,N), Al2O3

Propriedades do substrato inalteradas


Figura 50 - Modificao da constituio da camada

Figura 51 Efeito da espessura do revestimento na resistncia

Espessura da camada total fixa (normalmente 5 a 12 um)

Revestimentos podem ter at 10 ou mais camadas

Aumento da espessura de Al2O3 aumento da fragilidade

TiNTiN/Ti(C,N)

400C

PCVD

550C

PVD

10

%

0

-10

-20

-30 550C700C

CVD

700CCVD

2,6

F

14,5

-40

-50

-600 2 4 6 8 m 10

Espessura da camada

Mud

ana

da

resi

tn c

ia

falh

a da

flex

o


Processo PVD

3 processos:- Vaporizao a vcuo- Sputtering (pulverizao catdica)- Ionplating

Caractersticas gerais

Revestimento de ferramentas de aos rpidos de formas complexas, metais duros e cermets

Temperatura de 200 a 600 C

Espessura da camada depositada entre 3 e 5 mm

Exige tratamento superficial

No afeta a resistncia flexo do substrato

Vaporizao vcuo

Figura 52 - Processo PVD

Material de revestimento vaporizado em um conversor

Processo a alto vcuo (0,001x10-5bar)

Ajuda de gases reativos (N2, C2,... )

Resistncia aderncia na vaporizao baixa


Sputtering

Figura 53 Processo PVD - Sputering

Presso de 0,1 a 10x10-5 bar

Tenso alvo (catodo) - substrato (anodo) - 500 a 5000 V

ons com alta energia cintica situam se na placa de material a ser vaporizado

Impulsos eltricos projetam os ons para os tomos responsveis pelo revestimento

Forma-se uma nuvem de poeira de tomos que se depositamno substrato


Ionplatting

Figura 45 - Processo PVD Ionplatting

Vaporizao do material de revestimento por arco voltaico, resistor ou feixe de eletrodos

Tenso negativa no substrato (tenso Bias)

ons vaporizados so lanados ao substrato

Para obteno de carbonetos, nitretos ou xidos - injeo de gs reativo na cmara


Consideraes gerais sobre Ferramentas de corte

Ferramentas inteirias

So produzidas por fundio, forjamento, barras laminadas, ou por metalurgia do p

Seus materiais incluem aos carbono e baixas ligas, aos rpidos, ligas de cobalto fundidas e

metais duros

Ferramentas de ponta arredondada permitem a aplicao de grandes avanos, em peas de

grande dimetro

Figura 54 Ferrametas inteirias

Ferramentas com insertos soldados

Ferramentas de gume nico

Corpo de material de baixo custo

Parte cortante com material de corte de melhor qualidade soldado ou montado sobre a base

Materiais cortantes usados: aos rpidos, ligas fundidas base de cobalto, metal-duro, cermica,

diamante mono e policristalino e nitreto de boro cbico

Ferramenta reta

Ferramenta com quina quadarada

Ferramenta com quina em ngulo

Ferramenta com ngulo de direo

Ferramenta do tipo offset


Figura 55 Exemplo de ferramentas com insertos brasados

Ferramentas com insertos intercambiveis

Ferramentas mais largamente utilizadas em operaes de torneamento

Insertos de metal-duro predominam, mas insertos de aos rpidos, cermicas, diamante e CBN

so tambm usados para muitas aplicaes

Sistema de identificao normalizado, com base nas caracters-ticas mecnicas e geomtricas

dos insertos

Forma dos insertos

A geometria da pea, suas tolerncias, seu material e qualidade superficial definem o formato do

inserto

H seis formas comuns, com benefcios e limitaes, em relao resistncia a tenso

Figura 56 Sistema de codificao de insertos intercambiveis

Maior resistncia Menor resistncia


Geometria dos insertos

Insertos com ngulo de sada negativo:

- dobro de superfcie de corte e maior resistncia,

- avano e profundidade de corte maiores

- gera um aumento nas foras de corte

- exigem maior potncia e rigidez do torno

Insertos com ngulo de sada positivo:

- bons para trabalho em material mais dctil, como aos de baixo carbono, ligas de altatemperatura e materiais que endurecem durante a usinagem

Insertos positivo-negativos:

- combinam a ao de corte dos positivos com a resistncia dos negativos

- possuem gumes realados ou sulcos na face

- em insertos revestidos, so capazes de remover material a altas velocidades eavanos, com aumento do volume de cavacos.- h diversos modelos, de diferentes fabricantes, com diferentes formas de sulcos

Tamanho dos insertos

Na maioria das formas padro de insertos, o tamanho especificado pelo dimetro do maior

crculo que pode ser inscrito no permetro do inserto (chamado IC)

Por razes econmicas, deve ser selecionado o menor inserto possvel, com o qual possa ser

empregada a profundidade de corte requerida na operao

De modo geral o comprimento do gume deve ser no mnimo o dobro da profundidade de corte


Espessura dos insertos

Depende basicamente da profundidade de corte e do avano utilizados

Com base nestes fatores, a espessura do inserto selecionada em tabelas de fabricantes, ou

atravs de dados da literatura

Raio de quina dos insertos

Determinado pela configurao da pea e pelos requisitos de qualidade superficial

Raios de quina muito pequenos

- quinas fracas, quebra ou lascamento

- melhor controle dos cavacos e menos rudos

Raios de quina muito grandes:

- rudos ou vibraes (pequena espessura dos cavacos e aumento da fora passiva)

- mquina-ferramenta e dispositivos devem ter rigidez suficiente

Raio de quina apropriado um dos mais importantes fatores relacionados ao acabamento

superficial

De modo geral raios de quina maiores produzem melhores superfcies usinadas

Tolerncia dos insertos

Define a preciso de acoplamento

Insertos padro esto disponveis em 3 classes de tolerncia:

- usual: 0,1 a 0,3 mm

- preciso: 0,03 a 0,05mm

- alta preciso: 0,013 mm


Material dos insertos

Depende do material de pea, operao, requisitos de produo, rigidez do equipamento e custo

por pea

H insertos de diferentes materiais e revestimentos

Cada aplicao ir requerer um tipo de material diferente

Figura 57 Ferramenta de torneamento com inserto intercambivel

Figura 58 Sistema de fixao para insertos intercambiveis


Escolha da geometria da ferramenta

Material da ferramenta

Material da pea

Condies de corte

Geometria da pea

Geometrias usuais de ferramentas de corte

Cuidados com ferramentas de corte

Manuseio e manuteno de ferramentas de corte

Evitar o contato entre ferramentas

Cuidados no armazenamento

Danificaes no manuseio (quebras)

Figura 59 Forma incorreta e correta de se manusear insertos


Manuteno e gerenciamento das ferramentas de corte

Limpeza

Preveno contra oxidao

Aplicao de tecnologia e manuteno de ferramentas de corte

Ferramentas adequadas aos processos

Cuidados no preparo e instalao

Condies de corte adequadas

Conceito de vida da ferramenta

Perodo no qual uma ferramenta pode ser mantida usinando de forma econmica

O critrio econmico pode ser relacionado com:

tolerncias dimensionais

tolerncias geomtricas

qualidade superficial da pea

nvel de vibraes no processo

nvel de esforos no processo

possibilidade de reafiao da ferramenta

outros

Critrios de fim de vida

So critrios que so utilizados para determinar quando uma ferramenta deve ser substituida no

processo. Esses critrios relacionado ao nvel de desgaste na ferramenta, e suas conseqncias diretas :

desvios nas tolerncias dimensionais

desvios nas tolerncias geomtricas

perda de qualidade superficial da pea

aumento no nvel de vibraes no processo

aumento no nvel de esforos no processo

aumento do custo de reafiao da ferramenta


Principais critrios de fim de vida

Falha completa da ferramneta

Falha preliminar da ferramenta

Desgaste de flanco (VB) ou de cratera (KT)

Vibraes (monitoramento)

Acabamento superficial ruim

Rebarbas

Alteraes nos cavacos

Alteraes nas dimenses de corte

Alteraes nas foras de usinagem (monitoramento)

Aumento nas temperaturas

Desgaste em ferramentas de usinagem

Figura 60 Principais desgastes em ferramentas de tornear


Figura 60 Principais desgastes em ferramentas de furar

Figura 61 Exemplo de desgaste de cratera e desgaste de flanco

Figura 62 Exemplo de desgaste por adeso

Desgaste Lateral ou das guias

Desgaste do gume transversal ou de ponta

Desgaste de quina

Desgaste de cratera ou face Desgaste de Flanco


Causas e mecanismos de desgaste Danificao do gume devido a solicitaes

Adeso

Abraso mecnica

Oxidao

Difuso

outros

Figura 63 Mecanismos de desgaste

Formas de avaliao do desgaste

Medio direta

inspeo visual com comparao de padres (lupas) mecnica (paquimetros, micrmetros, outros) ptica (microscpios de ferramentaria) ptica/eletrnica (cameras CCD)

Medio indireta

aumento das vibraes aumento do rudo piora da qualidade rejeio dimensional aumentos das foras outros

Difuso

Abraso

Oxidao

Adeso

Des

gast

e To

tal

Temperatura de Corte(Velocidade de Corte; Avano e outros fatores)


Fluidos de corte

Figura 64 Exemplo do uso de fluido de corte

Generalidades

1868 - W.H.Northcott - "A Treatise on Lathes and Turning - primeira publicao a respeito do

aumento de produtividade em usinagem devida ao uso de fluidos de corte

1894 - F.W.Taylor - pesquisa - jorro de gua na regio de corte - aumento vc 30 40%


Funes dos fluidos de corte

Reduo do atrito entre ferramenta e cavaco

Refrigerao da ferramenta

Refrigerao da pea

Expulso dos cavacos gerados

Melhoria no acabamento superficial

Refrigerao da mquina-ferramenta

Melhorias de carter econmico

Figura 65 Funes do fluido de corte

Ferramenta Desgaste Choque trmico

Pea Exatido de forma Exatido dimensional Qualidade superficial Influncia na camada limite

Mquina-ferramenta Estabilidade trmica Preciso

Refrigerao Lubrificao Transporte de cavacos

Dados TrmicosNa peaNa ferramentaFormao de cavacoEstabilidade trmica da mquina-ferramenta

Formao de cavacoRetirada de cavacosda peada ferramentada mquina-ferramenta

Aumento do atritoAumento das adeses


Reduo do atrito entre ferramenta e cavaco

Figura 66 regies de ao do fluido de corte

Zona A - diminuio do atrito na interface ferramenta-cavaco (diminuio do calor gerado)

Zona B - diminuio do atrito na interface pea-ferramenta (diminuio do calor gerado)

Zona C - diminuio do atrito entre a ferramenta e o cavaco (aumento do ngulo de cisalhamento f

e, diminuio de na taxa de deformao e0)

Refrigerao da pea

Reduo de deformaes devidas s tenses oriundas de grandes aquecimentos locais ou

mesmo totais

Eliminao de cores de revenido na superfcie usinada (usinagem por abraso (retirada de

material por atrito), operaes de retificao - acabamento da pea

Manuteno das medidas da pea em trabalho em operaes com tolerncias estreitas

Facilidade para o manuseio da pea usinada

ACavaco

Ferramenta

,h

Superfcie de sada

B

Pea

Superfcie de incidncia ou folga

Plano de cisalhamento

, h'


Expulso dos cavacos gerados

Muito importante principalmente em processos como furao, furao profunda e alguns tipos de

fresamento

Melhoria do acabamento superficial

Diminuio de danos trmicos

Diminuio do atrito ferramenta / pea

Refrigerao da mquina-ferramenta

Manuteno da preciso da mquina - dimenses e posies de guias e dispositivos

Melhorias de carter econmico

Reduo do consumo de energia - diminuio do grau de recalque e consequentemente da fora

de usinagem

Reduo dos custos de ferramenta - reduo do desgaste aumento da vida

Diminuio ou eliminao da corroso na pea - proteo do filme de fluido da umidade, vapores,

etc


Principais Fluidos de Corte

gua - reduo da temperatura

leos graxos - reduo do atrito

leos minerais - inicialmente na usinagem de lato, ligas no-ferrosas e operaes leves

com ao

leos minerais com leos de toicinho - operaes mais severas

Surgimento de novos materiais de ferramentas, possibilitando maiores vcs -

desenvolvimento dos fluidos

Combinaes de leos minerais , leos graxos e aditivos ( enxofre , cloro , fsforo, etc)

Minimizao do uso de fluidos - sade e meio ambiente

leos de corte

leos minerais com ou sem aditivos

- leos Minerais ativos - leos de extrema presso ( EP) e antisoldante (Usinagens mais severas)

leos Minerais inativos

- leos minerais com aditivos qumicos inativos (leos minerais puros, leos graxos,compostos de leo mineral e leos graxos puros , sulfurados e sulfurados-clorados)

leos emulsionveis

leos solveis (gua , agentes emulsificantes e aditivos)

Vantagens: - grande reduo de calor

- remoo de cavacos - mais econmico - melhor aceitao pelo operador - menos agressivo sade e mais benefcios a segurana


Fluidos Sintticos No contm leos de petrleo

Caracterstica de fluido refrigerante

Vantagens: - alta capacidade de refrigerao

- vida til do fluido bastante grande- filmes residuais pequenos e de fcil remoo- fceis de misturar- relativa facilidade no controle da concentrao desejada

Fluidos Gasosos Ar comprimido - retirada de calor e expulso dos cavacos da zona de corte.

Menor viscosidade - melhor penetrabilidade na zona ativa da ferramenta

Argnio , Hlio , Nitrognio e Dixido de Carbono garantem proteo contra oxidao e

refrigerao mas proporcionam altos custos

Efeitos do uso de fluidos de corte

Desgaste de adeso - efeito de lubrificao - eliminao de pequenos gumes postios dentro de

uma certa faixa de vc

desejvel a formao de graxas resistentes alta presso e com baixa resistncia ao

cisalhamento (aditivos EP)

A ao de alguns componentes (enxofre, cloro e fsforo) comea somente a partir de uma certa

temperatura

Com o aumento de vc as condies para a formao do filme de fluido tornam-se desfavorveis

Diminuio do tempo para a reao entre os aditivos e a superfcie metlica


Aumento de temperatura - deformao da ferramenta e difuso - necessria a refrigerao na

zona de corte

A partir de uma certa vc a vida da ferramenta muito mais influenciada pela capacidade de

refrigerao do que de lubrificao de um fluido

Efeitos do uso de fluidos de corte

Curvas desgaste e velocidade de corte para o corte a seco e para a aplicao de diversos fluidos

de corte

Figura 67 Influencia do uso de fluido de corte

A emulso leva a um resfriamento, e conseqentemente a um aumento da resistncia do material

Desgaste reduzido - vc mx p/ VBmx (percurso total maior)

aumentar a vida com diminuio da temperatura de trabalho (ter condies de temperatura de

usinagem no gume prxima temperatura de amolecimento)


Tendncias no uso de Fluidos de Corte

Figura 68 Limitantes do uso de fluido de corte

At h poucos anos - minimizao de custos e aumento de produo

Atualmente - custos, produo e preocupao com aspectos ambientais

No futuro - leis ambientais rgidas

Aspectos ecolgicos

Aspectos tecnolgicos

Aspectos econmicos

Leis de proteo ambiental

Exigncias da sociedade

Mercado consumidor


Conceito de usinabilidade

Definio: Capacidade dos materiais de se deixarem trabalhar com ferramentas de corte

Materiais diferentes tem comportamento diferente

Ligas de mesmo material tambm podem ter comportamento diferentes

Principais problemas decorrentes da m usinabilidade de um material

desgaste rpido

super aquecimento da ferramenta

empastamento da ferramenta

lascamentos no gume de corte

comprometimento da qualidade superficial

necessidade de grande potncia de usinagem

grandes esforos de usinagem

Principais grupos que influnciam a usinabilidade

I Variveis dependentes da mquina-ferramenta rigidez esttica da mquina e seus constituintes

caractersticas dinmica da mquina

potncia e fora disponveis na ponta da ferramenta

gama de velocidades de corte e avanos

II Variveis dependentes da ferramenta geometria da ferramenta

material da ferramenta

III Variveis dependentes da pea formas e dimenses

rigidez esttica da pea

rigidez dinmica da pea

propriedades fsicas, qumicas e mecnicas do material pea

Temperatura da pea


IV Variveis dependentes do fluido de corte propriedades refrigerantes

propriedades lubrificantes

temperatura do fluido

forma e intensidade de aplicao

nvel de contaminao do fluido

V Variveis dependentes do processo Velocidade de corte

parmetros do processo (ap, f, etc.)

forma de atuao da ferramenta na pea (ex.: corte interropido, corte contnuo, forma de

entrada e saida da ferramenta, etc.)

Critrios de avaliao da usinabilidade

vida da ferramenta entre duas reafiaes sucessivas

grandeza das foras que atuam sobre a ferramentaria e protncia consumida

qualidade do acabamento supercial obtida

facilidade de formao e romao do cavaco

Somente os trs primeiros so passveis de serem quantificados por meio de ensaios de usinagem


Torneamento

Importncia do torneamento

Figura 69 Distribuio do comrcio de mquinas-ferramentas 1975

Classificao Quanto Exatido AtingvelAno Normal Preciso Ultrapreciso

1980 5 um 0,5 um 0,05 um

2000 1 um 0,1 um 0,01 um

2 %

10,4 %29,2 %

5 %

13,2 %2

2,3 %15,8 %

7,2 %

14,9 %Mquinas-ferramentas especiais de usinagem

Acessrios e Peas de Reposio para Mquinas-ferramentas

Fresadoras

Mquinas para furao

Tornos

Geradoras de Engrenagem

Mquinas de Polimento, Lapidao e Brunimento

Mquinas de Preciso e Serras

Plainas e Brochadeiras


Generalidades

Evoluo das Mquinas-Ferramentas

400 A.C. surgem os primeiros tornos

Figura 70 Torno a pedal -1498 (Spur, 1997)

Figura 71 Torno de Mausdlay - cerca de 1800 (Spur, 1997)


Figura 72 Torno automtico multi-fusos (1894)

Figura 73 Torno de comando numrico (1981)

(a) M-F alta velocidade (b) M-F hexapodeFigura 74 Tendncias das Mquinas-Ferramentas


Cinemtica do processo de torneamento

Figura 75 Cinemtica do processo de torneamento

Torneamento LongitudinalTorneamento transversal

Torneamento bi-direcional Polar Torneamento bi-direcional Cartesiano


Principais operaes no torneamento - DIN 8589

Principais operaes no torneamento - DIN 8589Operao de torneamento Externo Interno

Longitudinal

Faceamento SangramentoPlano ou transversal

Helicoidal

de forma

de perfil

de gerao


Cinemtica do processo de torneamento

Figura 76 Formao da superfcie no torneamento

Ferramentas de corte para torneamento

A maioria dos processos de torneamento fazem uso de ferramentas simples;

Todas as ferramentas de torneamento tem basicamente forma semelhante;

So compostas de uma parte cortante e de uma haste para fixao

Ferramentas podem ser integrais, ou com insertos;

Os insertos podem ser fixados haste mecanicamente ou por brasagem ;

Insertos intercambiveis tm hoje a mais ampla aplicao no torneamento.

Peaa

p

f

.b.h

Onde:

r - ngulo de direo do gume

ap - Profundidade de corte

f - Avano

b - largura de usinagem

h - Espessura de usiangem

ap * f = seo de usinagem

b * h = seo de usinagem

Ferramenta

r

r

,f

r ttf 2

8r

Rtt = rugosidade terica,a

p


Formas de ferramentas

Figura 77 Dormas das ferramentas de torneamento

Torneamento cilindrico externo

Figura 78 Relao para L/D no torneamento

L/D > 1,5 fixao em balano

L/D < 1,5 fixao com contra-pontas

Ferramenta com quina quadrada

Ferramentas offset

Ferramenta com quina em ngulo

Ferramenta com ngulo de direo

Pea

Ferramenta

L

D


Torneamento cilndrico interno

Figura 79 Problemas no torneamento interno

Problemas de refrigerao, sada de cavacos e vibraes

Figura 80 Exemplo de ferramentas par torneamento interno

Pea

Ferramenta


Relaes que definem a escolha de um torno

Figura 81 Relaes que definem ferramenta e mquina no torneamento

Relaes que definem ferramenta e mquina no torneamento: Geometria

Material da pea

Tamanho do lote

Prazo do lote

Relao L/D

Grau de complexidade

Grau de desbalanceamento

Quantidade de operaes

Quantidade de ferramentas necessrias

Dispositivos e acessrios disponveis

Pea

Dimenses tolerncias dimencionais

Caractersticas geomtricas tolerncias geomtricas

Qualidade superficial


Mquinas-ferramentas para o torneamento

Figura 82 Constituintes de um torno universal

Tornos Universais

Figura 83 Torno universal ou convencional

RVORE PRINCIPALSISTEMA DE

FIXAO DA PEA

ESTRUTUTRA RVORE

PORTA-FERRAMENTAS CONTRA-PONTA

REDUES E TRANSMISSES

ACIONAMENTO

SISTEMA HIDRLICO E/OU

PNEUMTICO

ACIONAMENTO / ACOPLAMENTOS / ELEMENTOS DE TRANSMISSO E CONVERSO DE MOVIMENTO

ESTRUTURA


Caractersticas: baixo grau de automao

fabricao pequenos lotes

uso em oficinas e ferramentarias

grande dependncia do operador

baixas velocidades e avanos

Tornos Revolver

Figura 84 Torno revolver

Caractersticas: grau de automao mdio - principalmente mecnica

fabricao pequenos e mdios lotes

uso em produo



Observaes: Os modernos tornos revolvers apresentam baixa dependncia do operador, devidoprinciplamente pela substituio da automatizao mecnica por eletrnica, controlada porcomputador ou microprocessadores. Os mesmos tambm apresentam velocidades e avanos bemmaiores do que os encontrados nos tornos revolvers clssicos, sendo esses parmentroscomparveis aos das modernas mquinas de comando numrico.


Tornos Copiadores

Figura 85 Exemplo de torno copiador

Caractersticas: alto grau de automao mecnica / eletrnica


uso em produo



Observaes: Os tornos copiadores perderam sentido na indstria com a dissiminao dos tornosde comando numrico e com as modernas tcnicas de modelamento em CAD/CAM .

Tornos automticos

Figura 86 Exemplo de torno automtico


Caractersticas: alto grau de automao mecnica / eletrnica

fabricao grandes lotes

uso em produo

pouca dependncia do operador

mdias velocidades e avanos

Observaes: Os modernos tornos automticos rcontam com alto grau de automatizaoeletrnica, controlada por computador, microprocessadores e CLPs. Os mesmos tambmapresentam velocidades e avanos bem maiores do que os encontrados nos tornos automticosclssicos, sendo esses parmentros comparveis aos das modernas mquinas de comandonumrico.

Tornos de comando numrico

Figura 87 Exemplo de torno de comando numrico

Caractersticas: alto grau de automao eletrnica


uso em produo

baixa dependncia do operador

altas velocidades e avanos


Tornos de ultrapreciso

Figura 88 LODTM torno de ultrapreciso por comando numrico

Caractersticas:

alto grau de automao


fabricao de peas especiais, ou peas nicas

uso especial

baixa dependncia do operador

velocidades e avanos muito baixas

Tornos Especiais

Caractersticas:

automao uma

fabricao pequenos, mdios e grandes lotes

uso especial - linhas transfer, peas de grande dimenses, etc.

alta dependncia do operador

velocidades e avanos so funo do tipo de pea a que se destina.


Fixao de peas no torneamento

Caractersticas dos sistemas de fixao

A fixao deve ser segura, rpida e precisa

Potncia requerida para o corte deve ser integralmente transmitida pea

Fora necessria para uma fixao segura depende da geometria e material da peca, ferramenta

e parmetros de corte, sem deixar marcas ou distorcer a pea

Velocidade segura depende do tamanho e da geometria da pea, forma e acabamento desejado,

rigidez do setup e tipo de fixao, tipo de operao e ferramentas

Sistemas comuns de fixao so:

placas de castanhas

discos,

pinas

mandris,

placas magnticas,

placas de vcuo, ou

colagem e resfriamento.


Tipos de Fixao de peas no torneamento

Placa de Castanhas

Placas podem ser de trs ou quatro castanhas

Podem ser autocentrantes ou com castanhas independentes

Podem ter fechamento manual ou automtico (pneumtico)

Podem ter castanhas integrais ou castanhas intercambiveis

Castanhas podem ser moles ou duras (temperadas)

Castanhas podem ser internas ou externas

Figura 89 Placa de trs castanhas autocentrantes

Entre pontas

Figura 90 Exemplo da fixao entre pontas


Serve para o torneamento de peas longas

So necessrios furos de centro nas extremidades das peas

Movimento de rotao transmitido pea por meio de ressaltos na contra-ponta ou por grampo

Pinas

Serve para o torneamento de peas pequenas

Torneamento de peas de preciso

Elevada preciso de rotao e baixas deformaes induzidas a pea

Figura 91 Exemplo de pina para tornos

Outras formas de fixao

Placas magnticas

Placas de vcuo

Colagem

Dispositivos especiais.

pina estacionria

Pina push out

Pina draw-in


Escolha do sistema de fixao

A pea, o torno e as ferramentas determinam o sistema de fixao a ser utilizado

A seleo criteriosa do sistema de fixao garante a obteno de melhores resultados

A pea deve ser presa pelo seu maior dimetro prtico, para suportar o torque durante o corte

mais facilmente

Figura 92 Fomas correta e errada de fixao de peas no torneamento

As peas devem ser fixadas o mais perto das faces das placas possvel

Figura 93 Fomas correta e errada de fixao de peas no torneamento


Ajustagem da ferramenta no torneamento

Figura 64 Ajustagem do ngulo de posio

Figura 95 Ajustagem do centro da ferramenta torneamento logitudinal

Ferramenta

.b

r

r ,b r

,b

Onde:

r - ngulo de direo do gumeb - largura de usinagem

Pea

Erro

no

dim

etro


Figura 96 Ajustagem do centro da ferramenta torneamento transversal

Parmetros de corte e variveis de trabalho no torneamento

Requisitos de potncia para o torneamento

Potncia necessria para usinar um material especfico: P=U pV c60C f a p

Onde : UP = unidade de potncia

C = fator de correo de avanovc = velocidade de corte [m/min]

f = avano [mm]ap =profundidade de corte [mm]

Potncia necessria para remover material a uma taxa de 1 cm3

s

U p=F cf a p

Onde: UP=unidade de potncia

Fc =fora de corte [N], medida em experimento

f = avano [mm]ap =profundidade de corte [mm]

Valores representativos de UP para diversos materiais so encontrados na literatura


Consideraes sobre velocidade, avano e profundidade de corte

Parmetros que afetam a taxa de material removido e a vida da ferramenta

Um aumento destes parmetros aumenta a taxa de remoo de material, mas diminui a vida da

ferramenta

Afetam igualmente a taxa de remoo, mas tm efeitos isolados diferentes sobre a vida da

ferramenta

Profundidade de corte (ap)

Parmetro que menos afeta a vida da ferramenta

Pequeno efeito sobre a vida da ferramenta, para profundidades de corte 10 vezes menores que o

avano

Aumentos de 50% na ap reduz em apenas 15% a vida da ferramenta

Aumentar a ap o melhor mtodo para aumentar a taxa de remoo de material

Limitantes da ap:

quantidade de material a ser removido

potncia disponvel na mquina

rigidez do sistema mquina-pea-ferramenta

capacidade da ferramenta

acabamento superficial e preciso requeridos

forma da pea

Recomenda-se 50 a 75% de engajamento do gume na pea


Avano

Tem grande efeito sobre a vida da ferramenta

50% de aumento na taxa de avano provoca reduo de 60% na vida da ferramenta

Utilizar o maior avano possvel, para maiores taxas de remoo e menores potncias aplicadas

Aumentos no avano so limitados mquina ferramenta, pea, requisitos de qualidade superficial

e set-up para suportar as foras de corte

Acabamento superficial

Avano tem o maior impacto sobre qualidade superficial

Aumento no raio de quina ou reduo no avano melhoram a qualidade da superfcie

Primeiro selecionar o avano (produtividade/vida),depois o raio de quina (acabamento)

Velocidade de corte (vc)

Maior efeito sobre a vida da ferramenta que o avano e a profundidade de corte, sendo de crtica

seleo

No geral, 50% de aumento na velocidade de corte resulta em 90% de perda na vida da

ferramenta

Um aumento na vc o meio menos desejvel para se aumentar a produtividade

Materiais de corte como metais duros revestidos, cermicas, diamante policristalino e CBN tm

boas propriedades a altas velocidades de corte

Uma alta vc pode gerar problemas de vibrao, vida de componentes da mquina, produo e

segurana

Criteriosas consideraes devem ser feitas a respeito de aumentos na produo e custos / pea


Fresamento

Figura 97 Exemplos de operaes de fresamento

Figura 98 Caractersticas da fresa

Direo de avano

Face

Gume secundrio

1o Flanco principal

Flanco principalFlanco secundrio

Gume principal2o Flanco principal

Corpo da ferramenta


Generalidades do processo de fresamento

Processo de remoo de cavaco com movimento de corte circular da ferramenta

Ferramenta com um ou vrios gumes atuando simultaneamente para a gerao de superfcies

Processo utilizado na gerao de superfcies que no so de revoluo, como as produzidas no

torneamento O movimento de corte transcorre de forma normal ou oblqua direo de rotao da ferramenta.

Diviso do processo de fresamento - norma DIN 8589 Fresamento plano

Fresamento circular

Fresamento de forma

Fresamento de gerao (engrenagens)

Fresamento de perfil

Diviso de acordo com a cinemtica do processo

Figura 99 Diviso de acordo com a cinemtica

Fresamento frontal / Fresamento perifrico

Figura 100 Fresamento frontal e fresamento perifrico

Fresamento de Topo Fresamento FrontalFresamento em 3-D e 5 eixos

a p

fz

Fresamento Frontal

Ferramenta

Direo de avano

Pea

,ae

,fz

Fresamento Perifrico

Ferramenta

Pea


Fresamento concordante / Fresamento discordante

Figura 101 Fresamento concordante e discordante

Descrio das condies de usinagem no fresamento

Informaes gerais (vc, f, ap, etc)

Fresamento concordante / discordante

Dimetro da fresa

Nmero de dentes (Z)

ngulo de engajamento (definido por jE e jA)

Penetrao de trabalho (ae)

Avano por dente (fz)

Direo de avano

Fresamento Discordante

Ferramenta

Parte Concordante

Ferramenta

PeaPea

Direo de avano

Direo de avano

Fresamento Concordante

Parte Discordante

Fresamento Concordante / Discordante


Figura 102 Descrio das condies de usinagem em fresamento

Geometria positiva (gf e gp > 0)

Geometria negativa (gf e gp < 0)

Forma do contato

T U

Sb

S Sa

V Va

b=a p

sinri=arc cos

aeiD 2

h = f z sin sinr

,h

,f

,ap

,b

C-C

Ferramenta de corte

BBA

B-B

,n r

AFerramenta

p

,fz

D

r

Vc

Vf,a

e1,a

e2

,ae

=0

u

,n

Plano de entradaPlano tangencial

,fz

E=0

,n

A

E

ACC

(fz >> D/2)


Materiais de ferramenta comumente utilizados em fresamento Os materiais empregados para o fresamento no podem ser comparados diretamente com os

empregadas no torneamento

Foram desenvolvidos especificamente para apresentam resistncias trmica e mecnica a

esforos alternantes elevados

Material da pea Material da ferramenta

Ao Aos rpidos e metais duro P15 a P40

Fofo, metais no ferrosos, plsticos e aos temperados metais duro K10 a K30

Aos HB 45) CBN

Variaes do processo e caractersticas especficas

Fresamento frontal

usual inclinar-se o eixo da fresa de 0,5 a 1o para evitar o contato da parte no ativa do cabeote

de fresar O ngulo de direo do gume tem uma grande influncia sobre as foras ativas e passivas e

conseqentemente sobre a estabilidade do processo O fresamento de acabamento tem ganhado importncia devido possibilidade crescente do

trabalho completo em apenas uma mquina Processo utilizado para usinagem de grandes superfcies

ae consideravelmente maior que ap Superfcie da pea gerada pelo gume secundrio, c = 90o - fresamento de canto - superfcie

gerada pelos gumes principal e secundrio Usinagem de rasgos de chavetas, sees retangulares e furos longos - fresas macias de ao

rpido, ferramentas com insertos reversveis ou brasados Usinagem de superfcies grandes e planas - cabeotes de fresar com insertos reversveis


Figura 103 Exemplos de fresas frontais

Tamanho e nmero de dentes do cabeote de acordo com dimenses da superfcie e da potncia

de acionamento da mquina

Para evitar vibraes regenerativas do sistema, os cabeotes so providos de uma diviso no

regular dos dentes

Cabeotes de fresar grandes so subdivididos em duas partes para facilitar a troca da ferramenta

- troca do anel externo com os insertos

Flexibilidade no uso dos cabeotes - uso de cassetes - insertos de diferentes tamanhos e formas


Ferramentas de acabamento

Figura 104 Fresamento de acabamento

Fresamento com ferramentas de acabamento com grande nmero de insertos (ap e fz pequenos)

Fresamento com ferramentas de acabamento com pequeno nmero de insertos (ap pequena e fzgrande)

Fresamento combinado - gumes de desgaste de acabamento

Fresamento tangncial

Figura 105 Fresamento tangncial

fz

apfz

apfz2

p2a

ap1

zf 1

Fresamento de acabamento Fresamento de alisamento Fresamento de acabamentocom pastilhas de acabamento

e pastilhas de alisamento

Nmero de gumes de acabamento 20 a 30Nmero de gumes de alisamento 1 a 2Pastilhas de acabamento = 0,5 a 2 mm

= 0,1 a 0,3 mm

Pastilhas de alisamento = 0,03 a 0,05 mm

= 2 a 5 mm

1ap

1zf

2pa

2fz

Nmero de dentes 10 a 60

= 0,3 a 1 mm

= 0,3 a 0,5 mm

ap

zf

Nmero de dentes 1 a 7

= 0,05 a 0,2 mm

= 0,5 a 6 mmfz

ap

Direo de avano

Ferramenta

Pea

Ve

Vc

VfMov.de Avano

Mov.de CorteMov. Efetivo

Pea

Direo de avano

Pea

Fc

FfFora de Avano

Froa de Corte

Fora de Usinagem


Consideraes sobre o fresamento de acabamento: ap consideravelmente maior que ae Superfcie da pea gerada pelo gume principal

Em geral empregado fresamento tangencial discordante

Ferramentas podem ser de ao rpido ou com insertos de metal-duro

Dentes retos - alta solicitao dinmica

Dentes helicoidais

Menor solicitao dinmica

Fora axial que pode levar ao deslocamento da pea e / ou da ferramenta

Fresa espinha de peixe - eliminao das solicitaes axiais

Figura 106 Exemplo de fresa espinha de peixe

Obteno de perfis com cantos vivos - fresas combinadas

Figura 107 Fresa combinada topo+tangencial


Fresamento de perfil

As ferramentas para fresamento de perfil so adequadas forma do perfil que deve ser executado

Ferramentas macias (fresa de forma) ou compostas

Ferramentas macias - construdas em ao rpido

Usinagem de rasgos, raios, rodas dentadas e cremalheiras, guias de mquinas-ferramentas.

Figura 108 Exemplo de fresa de perfil

Fresamento de topo

Processo de fresamento contnuo frontal e perifrico

Usinagem de formas complexas ex. matrizes, rasgos etc.

Dependendo da aplicao, as ferramentas tem ndice de esbeltez elevado (l/D = 5 a 10) -

problema de vibraes

Vibraes implicam desgaste acentuado, lascamentos do gume, erros de forma e dimensionais

Ferramentas de ao rpido revestido e com insertos


Fresamento de topo

Consideraes para escolha da ferramenta de fresamento de topo

Tipo de Fresa AplicaoFresa para ranhuras com cone morse

Fresa de topo com haste cilndrica Corte direitacom hlice direita

Fresa de topo com cone morse Corte direitacom hlice esquerda

Fresa de topo semi-esfrico com haste cilndricaCorte direita com hlice direita

Fresa de topo cnica para matrizaria Corte direita com hlice direita


Fresamento de topo

Classificao em grupos segundo o material a usinar

Tipo da Hlice Campo de aplicao Ferramenta

NUsinagem de materiais comresitncia e dureza normais

HUsinagem de materiais duros,tenazes duros e/ou cavacoscurtos

WUsinagem de materiais moles,tenazes e/ou de cavacos longos

Perfilamento do gume principal em fresas de desbaste

Fresas de desbaste com perfil da parte cortanteQuebra cavaco Grupo N Grupo H

Perfil plano(F)

Perfil ondulado(R)


Fresamento de gerao

Simulao interao entre um caracol (ferramenta) e uma roda dentada

Superposio de movimentos de translao da ferramenta (axial e transversal) e da roda dentada

(radial)

Mais comumente empregado - gerao axial

Fresamento concordante no desbaste e discordante no acabamento

Cinemtica na gerao por fresamento

Figura 109 Exemplo de fresamento de gerao

Figura 110 Cinemtica do fresamento de gerao

fa+-

sw

vc

v Velocidade de corte

f Avano axial

f Avano da engrenagem

c

a

wRotao da fresa

Rotao da engrenagem

Avano TangencialAvano radial


O nmero de entradas da hlice ao longo do cili

ndro determina o nmero caracterstico da fresa

Os dentes so detalonados - ngulos de sada nos flancos

O ngulo de inclinao da fresa dado pelo ngulo de inclinao da hlice da engrenagem e o de

hlice do caracol

Figura 111 Exemplo de fresas de gerao

A ferramenta utilizada sem revestimento nas faces

O desgaste de cratera substitui o desgaste de flanco na determinao da vida da ferramenta

Aumento de at 500% no volume de cavacos usinados, em comparao com ferramentas no-

revestidas


Figura 112 Formao do cavaco no fresamento de gerao

Uma alternativa para aumentar a vida da fresa geradora o aumento do nmero de pentes

O volume usinado se distribui por um maior nmero de dentes

Interferncia variveis entre ferramenta e pea - formao de cavacos de espessuras e formas

distintas

O perfil evolvente do dente obtido devido ao movimento entre a ferramenta e a pea nos cortes

sucessivos

Cada dente do caracol retira cavacos sempre com a mesma forma geomtrica


Geometrias obtidas no fresamento

superfcies planas

Figura 113 Obteno de superfcies planas no fresamento

superfcies circulares e cilndricas

Figura 114 Obteno de superfcies circulares no fresamento

Obteno de roscas

Figura 115 Obteno de roscas no fresamento


superfcies perfiladas

Figura 116 Obteno de superfcies perfiladas no fresamento

Cpia de superfcies

Figura 117 Cpia de superfcies por fresamento

Fontes de vibrao no fresamento

Causas Fora surgida entre ferramenta e pea

Freqncia de contato do dente da fresa (geralmente entre 200 e 400 Hz)

Ressonncias surgidas no processo

Folgas indevidas na fixao da pea

Formao inadequada do cavaco

Solues Massas adicionais na mquina

Alterao de vc, ap ou n

Mudana de estratgia (concordante/discordante)

Melhora na fixao


Formas construtivas de fresadoras

Requisitos gerais de fresadoras

As mquinas devem ser projetadas para altas solicitaes estticas e dinmicas

O posicionamento da rvore deve ser radial ou axial sem folgas

O acionamento da rvore deve ser contnuo e sem folgas para evitar vibraes e permitir altas

vidas das ferramentas Fresamento sincronizado necessita de cuidados no acionamento e no avano da mesa e dos

carros Facilidade na operao - visor eletrnico de posicionamento,

aplicao de comando numrico

Fresadora horizontal Fresadora vertical

Fresadora de portal ou Gantry

A

B

C


Fresadora

Fresadoras paralelas Fresadora universal

Fresadora de mesa circular Fresadora copiadora

AB

L C D


Tipos de fresasQuanto estrutura

Classificao das fresas

Quanto a estrutura

Fresas inteirias Fresas com insertos Fresas com dentes postios

Quanto forma geomtrica

Fresa cilndrica Fresa de disco Fresa angular

Fresa detalonada Fresa de topo


Influncias dos principais parmetros de corte no fresamento

Influncia da

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Apostila Processos de Usinagem