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ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA

COLUNA VERTICAL PERFURADA DE UMA

CENTRÍFUGA SEPARADORA DE ÓLEOS

Paula Guedes Martins Ferreira

Projeto de Graduação apresentado ao Cursode Engenharia Mecânica da EscolaPolitécnica, Universidade Federal do Rio deJaneiro, como parte dos requisitosnecessários à obtenção do título de

Engenheiro

Orientador: Anna Carla Monteiro de Araújo

Rio de Janeiro

Agosto/2017

ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA COLUNA VERTICAL PERFURADA

DE UMA CENTRÍFUGA SEPARADORA DE ÓLEOS


PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.

Aprovado por:

________________________________________________Prof. Anna Carla Monteiro de Araujo; DSc

________________________________________________Prof. Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto; Dr.Ing.

________________________________________________Prof. Lavinia Maria Sanabio Alves Borges; DSc

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

AGOSTO/2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRODepartamento de Engenharia Mecânica

DEM/POLI/UFRJ

Guedes Martins Ferreira, Paula

Estudo do Processo de Fabricação da Coluna Vertical

Perfurada de uma Centrífuga Separadora de Óleos / Paula

Guedes Martins Ferreira – Rio de Janeiro: UFRJ/ESCOLA

POLITÉCNICA, 2017.

XI, 50p.:il.;29,7cm

Orientadora: Anna Carla Monteiro de Araujo

Projeto de Graduação - UFRJ/ Escola Politécnica/

Curso de Engenharia Mecânica, 2017

Referências Bibliográficas: p.70

1. Estudo de Fabricação 2. Centrífuga Separadora de

Óleos 3. Delineamento de Usinagem I. Monteiro de Araújo,

Anna Carla II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,

Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica III.

Estudo do Processo de Fabricação da Coluna Vertical

Perfurada de uma Centrífuga Separadora de Óleos.

iii

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos

requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico

ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA COLUNA VERTICAL PERFURADA

DE UMA CENTRÍFUGA SEPARADORA DE ÓLEOS


Agosto/2017

Orientadora: Anna Carla Monteiro de Araujo

Curso: Engenharia Mecânica

Neste trabalho, procurou-se fazer um projeto de fabricação da coluna perfurada deuma centrífuga, avaliando os processos de fabricação e fazendo uma análise completa dosprocessos escolhidos. O objetivo, de avaliar a viabilidade da fabricação da coluna e fazer umaproposta de fabricação para o fabricante, a empresa CENTRIFUGAR, foi atingido.

Foi feita uma exploração do contexto teórico, uma proposta de fabricação,considerando diversos processos de fabricação e, para a usinagem, foi feito o delineamentode cada etapa. O delineamento foi feito de forma bem completa e explicativa. Ao final foifeita uma análise das informações levantadas, com comparação e escolha entre cenários,avaliando potência requerida, rotação e tempo de usinagem, fazendo por fim a escolha de umcenário viável e mais eficiente.

A conclusão alcançada é a definição das etapas que mais consomem tempo emcomparação com as etapas de maior retirada de material. Essa análise nos permite avaliaraonde é mais necessária a otimização do projeto com o objetivo de uma fabricação maiseficiente.

O resultado do delineamento das etapas e das análises foi uma proposta de fabricaçãobastante aprofundada e completa que permite ao fabricante avançar no projeto de produçãode uma nova centrífuga, com inovações para o mercado.

Palavras-chave: Estudo de Fabricação, Centrífuga Separadora de Óleos, Delineamentode Usinagem.

iv

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Mechanical Engineer

STUDY OF THE MANUFACTURING PROCESS OF THE PERFURED VERTICAL

COLUMN OF AN OIL SEPARATORY CENTRIFUGE


August/2017

Advisor: Anna Carla Monteiro de Araujo

Course: Mechanical Engineering

In this work, we tried to make a design of the perforated column of a centrifuge,evaluating the manufacturing processes and making a complete analysis of the chosenprocesses. The objective of evaluating the feasibility of manufacturing the column andmaking a manufacturing proposal for the manufacturer, the company CENTRIFUGAR, hasbeen reached.

An exploration of the theoretical context was made, a proposal of manufacture,considering several manufacturing processes and, for the machining, the delineation of eachstep was done. The design was done in a very complete and explanatory way. At the end, ananalysis of the information was made, comparing and choosing between scenarios, evaluatingrequired power, rotation and machining time, making the choice of a viable and moreefficient scenario.

The conclusion reached is the definition of the most time-consuming stages comparedto the stages of greater material withdrawal. This analysis allows us to evaluate where theoptimization of the project is most necessary with the objective of a more efficientmanufacturing.

The result of the design of the stages and the analyzes was a proposal of a verythorough and complete manufacturing that allows the manufacturer to advance in theproduction project of a new centrifuge with innovations for the market.

Keywords: Manufacturing Study, Oil Separation Centrifuge, Machining Delineation.

v

Sumário

1 Introdução 1

1.1 Motivação e Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Organização do Trabalho e Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Revisão Bibliográfica 3

2.1 Condições de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Vida da Ferramenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Delineamento da Fabricação 9

3.1 Coluna Perfurada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2 Avaliação dos Processos de Fabricação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3 Etapas do Processo de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.4 Delineamento das Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4.1 Etapa A - Torneamento Cilíndrico Externo . . . . . . . . . . . . 19

3.4.2 Etapa B - Furação do Furo Central . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4.3 Etapa C - Torneamento Seção Cônica Inferior . . . . . . . . . . . 25

3.4.4 Etapa D - Torneamento Seção Cônica Inferior . . . . . . . . . . . 30

3.4.5 Etapa E - Fresamento dos Largos Laterais . . . . . . . . . . . . . 35

3.4.6 Etapa F - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada . . . . . 37

3.4.7 Etapa G - Torneamento Seção Cônica Superior . . . . . . . . . . 40

3.4.8 Etapa H - Torneamento Cilíndrico Furo . . . . . . . . . . . . . . 42

3.4.9 Etapa I - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada . . . . . . 44

3.4.10 Etapa J - Torneamento Seção Cônica Superior . . . . . . . . . . . 46

3.4.11 Etapa K - Fresamento dos Rasgos Superiores . . . . . . . . . . . 48

vi

3.4.12 Etapa L - Furação dos Furos Diagonais . . . . . . . . . . . . . . 51

4 Análise dos Processos 54

4.1 Análise Simplificada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.1.1 Avaliação dos cenários possíveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.1.2 Análise Econômica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.2 Simulação com CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5 Conclusões 67

5.1 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Bibliografia 70

vii

Lista de Figuras

2.1 Efeito da Velocidade de Corte no Desgaste da Ferramenta - Adaptado de

[Groover, 2010] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.1 Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista Isométrica . . . . . . 10

3.2 Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista da seção . . . . . . . . 11

3.3 Desenho de Conjunto da Centrífuga - Esquema de Funcionamento - Reti-

rado de [Bessa, 2015] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.4 Esquema da Fixação I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.5 Esquema da Fixação II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.6 Esquema da Fixação III - Opção 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.7 Esquema da Fixação III - Opção 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.8 Esquema de Usinagem da Etapa A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.9 Ferramenta F11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.10 Esquema de Usinagem da Etapa B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.11 Ferramenta F22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.12 Ferramenta F33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.13 Esquema de Usinagem da Etapa C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.14 Ferramenta F44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.15 Ferramenta F51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.16 Esquema de Usinagem da Etapa E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.17 Ferramenta F66 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.18 Esquema de Usinagem da Etapa F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.19 Ferramenta F55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.20 Esquema de Usinagem da Etapa G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

viii

3.21 Esquema da Etapa H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.22 Esquema de Usinagem da Etapa K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.23 Ferramenta F77 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.24 Esquema de Usinagem da Etapa L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.25 Ferramenta F88 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.1 Comparação entre cenários - Seção Cônica Inferior . . . . . . . . . . . . 59

4.2 Comparação entre cenários - Seção Cônica Superior . . . . . . . . . . . . 59

4.3 Tempo de Usinagem para cada Etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.4 Visulização da Máquina Operatriz - CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.5 Visualização do acoplamento da peça na máquina - CATIA . . . . . . . . 64

4.6 Visualização da tela de funcionamento do software - CATIA . . . . . . . 65

4.7 Simulação da fixação II - CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

ix

Lista de Tabelas

3.1 Tabela Geral de Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2 Etapa A - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.3 Etapa A - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.4 Etapa B1 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.5 Etapa B1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.6 Etapa B2.1 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.7 Etapa B2.2 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.8 Etapa B2 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.9 Etapa C1 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.10 Etapa C1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27





3.15 Etapa D - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.16 Etapa D1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33



3.19 Etapa E - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.20 Etapa E - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.21 Etapa F - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.22 Etapa F - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.23 Etapa G1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41


x


3.26 Etapa H - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.27 Etapa H - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.28 Etapa I - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.29 Etapa I - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.30 Etapa J - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.31 Etapa J1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47



3.34 Etapa K - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.35 Etapa K - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.36 Etapa L - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.37 Etapa L - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.1 Rotação e Potência Líquida para todas as Etapas . . . . . . . . . . . . . . 56

4.2 Máquinas Operatrizes - Valores Fornecidos . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.3 Tempo de Usinagem para cada Etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.4 Tempo Total de Produção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

xi

Capítulo 1

Introdução

1.1 Motivação e Objetivos

No mercado naval, é de grande importância a utilização de centrífugas para a lim-

peza dos resíduos nos óleos navais utilizados nos motores dos navios. A purificação

destes óleos permite reduzir o tempo parado dos motores devido a intervenções mecâni-

cas. Da mesma forma, no maquinário naval é imprescindível o controle das dimensões e

a praticidade nos processos de limpeza e manutenção.

Este projeto final é parte de um grande projeto, elaborado junto a empresa CENTRI-

FUGAR e a FINEP (Financiamento de Estudos e Projetos), para o desenvolvimento de

uma nova centrífuga em parceria com o Departamento de Engenharia Mecânica da UFRJ.

O projeto desta nova centrífuga inova na utilização de uma coluna perfurada para escoa-

mento do óleo separado. Essa coluna perfurada substitui a coluna de pratos, geralmente

usada.

A coluna perfurada permite uma praticidade muito maior na limpeza e manutenção

da centrifuga, pois toda a peça é removida de uma vez e pode ser limpa com facilidade.

A coluna de pratos por outro lado, tem uma montagem e desmontagem complexas, que

aumentam muito o tempo de manutenção. A coluna perfurada apresenta uma inovação

para o projeto como um todo e é o elemento mais complexo de fabricação, pois exige um

estudo particular de sua fabricação e uma alta qualidade do resultado final.

O projeto da FINEP incluiu outras etapas, como o projeto mecânico, desenvolvido

do projeto final de Rafael Bessa [Bessa, 2015] e um primeiro delineamento dos processos

1

de fabricação da coluna perfurada, desenvolvido no projeto PIBIC de iniciação científica

pelos alunos Lucas Begni e José Pedroso [d’Egmont and da Silveira Neto, 2016].

Este projeto de fim de curso tem como objetivo complementar estes trabalhos ante-

riores e visa realizar um delineamento completo das etapas de fabricação da coluna per-

furada, a comparação entre diferentes cenários e entre diferentes processos de fabricação.

Além disso, tem como meta realizar uma análise econômica da fabricação, considerando

os tempos de usinagem, a vida das ferramentas e a quantidade de peças produzidas dos

diferentes cenários.

Nesta análise foi utilizado também o software CATIA como complementação e para

realizar uma avaliação mais ampla e permitir domínio do software para os alunos do curso,

já que se trata de um recurso útil no estudo de usinagem e de projetos mecânicos, sendo

um incremento importante à formação como engenheiro mecânico.

1.2 Organização do Trabalho e Metodologia

Este trabalho se divide em cinco partes. A primeira, no capítulo 1, é uma apresen-

tação do problema, a descrição do objetivo e escopo do trabalho. No seguinte capítulo,

capítulo 2, são descritos os conhecimentos teóricos que serão usados nos capítulos se-

guintes.

Em seguida, no capítulo 3 entramos mais a fundo no trabalho com a definição do

escopo do projeto. Neste capítulo é feita a definição final do escopo, de quais etapas de

fabricação serão consideradas e o delineamento completo da usinagem de cada uma das

etapas, com a escolha de ferramentas e dos parâmetros de corte e a descrição da estratégia.

É feita também a comparação entre os diferentes métodos de fabricação e a justificativa

da escolha entre eles.

No capítulo 4, são feitas as análises após o delineamento da fabricação. Duas for-

mas de análise são feitas: a primeira trata-se de um análise simplificada, com avaliação

dos cenários possíveis e uma análise econômica da fabricação, considerando tempos de

usinagem e uso de ferramentas, entre outros; em seguida, é feita a análise com o uso do

software CATIA. No último capítulo, o capítulo 5, são feitas as conclusões do trabalho.

Com uma avaliação final e indicações para trabalhos futuros.

2

Capítulo 2

Revisão Bibliográfica

Neste capítulo serão desenvolvidos e explorados os conceitos teóricos que serão

aplicados ao longo do trabalho. Aqui serão apresentados conceitos básicos de usinagem

de metais e da teoria de maneira mais detalhada, justificando seu uso e aplicação.

Na seção 2.1 serão apresentados os parâmetros de corte que serão selecionados no

delineamento da usinagem feito no capítulo 3. Aqui será apresentado o equacionamento

de alguns parâmetros, usados também na delineação das etapas, e as justificativas para o

uso destes parâmetros.

Já na seção 2.2, será feita uma apresentação mais detalhada sobre a vida da ferra-

menta, definindo o conceito e expondo a forma que este conceito será aplicado no presente

trabalho.

2.1 Condições de Usinagem

Em cada uma das etapas de fabricação, foram selecionados e calculados alguns

parâmetros relevantes para o processo. Os parâmetros selecionados foram separados em

parâmetros geométricos e parâmetros de corte. Os parâmetros geométricos são diâmetro

de rotação, Dm [mm], comprimento usinado, l [mm] e profundidade de corte, ap [mm] e no

caso do fresamento, a largura fresada, ae [mm].

Os parâmetros de corte são: velocidade de corte, vc [m/mm] e avanço por rotação,

fn [m/rotacao]. Esses são definidos de acordo com o material da peça, da ferramenta e do

tipo de acabamento. No caso do fresamento é importante também um parâmetro definido

3

na escolha da ferramenta: o número efetivo de dentes da fresa, zc. Todos esses parâmetros

são tabelados e foram obtidos nos catálogos de fabricantes de ferramentas.

Já os parâmetros calculados são: rotação, taxa de remoção de material, potência

líquida, tempo de corte e volume de material removido. O equacionamento de cada um

desses parâmetros é descrito nessa seção [Smith, 2008].

A velocidade de rotação, N, é calculada em função da velocidade de corte e do

diâmetro de rotação. Esse parâmetro é um dos fatores limitantes da máquina operatriz, e

indica se a máquina é capaz de suportar as condições de corte de cada etapa. Além disso,

através da rotação podemos calcular o tempo de corte. A equação usada para o cálculo da

rotação do fuso é:

N =vc.1000Π.Dm

(2.1)

A velocidade de avanço, v f [mm/min] representa o movimento da ferramenta com

relação à peça, dependendo do avanço por dente, fz, e do número de dentes da ferramenta,

zc, calculada por:

v f = fz.n.zc (2.2)

A força específica de corte, kc [MPa], no caso da furação, que deve ser calculada de

acordo com a equação abaixo [Klocke, 2011]:

kc = kc1.( fz.sinκr)−mc .(1− γ0

100) (2.3)

Na equação 2.3, kc1 e mc são constantes do material da peça e κr, fz e γ0 são cons-

tantes que dependem da geometria da broca e são fornecidas no catálogo do fabricante da

ferramenta.

A taxa de remoção de material, Q [mm3/min], é um parâmetro que indica a efici-

ência daquela operação, indicando a quantidade material que é removido por minuto. A

taxa de remoção de material é função da velocidade de corte, da profundidade de corte

e do avanço por rotação. A taxa Q é calculada segundo a equação 2.4 para torneamento,

segundo a equação 2.5 para furação e segundo a equação 2.6 para o fresamento.

4

Q = vc.ap. fn (2.4)

Q =vc.ap. fn

4(2.5)

Q =ap.ae.v f

1000(2.6)

A potência líquida, Pc, assim como a rotação é um dos fatores usados para avaliar

a viabilidade de operação de cada etapa, pois também é um dos fatores limitantes das

máquinas operatrizes. A potência líquida é função dos quatro parâmetros de corte, velo-

cidade de corte, profundidade de corte, avanço por rotação e força específica de corte. A

potência líquida é calculada segundo a equação 2.7 para torneamento, segundo a equação

2.8 para furação e segundo a equação 2.9 para fresamento.

Pc =vc.ap. fn.kc

60.103 (2.7)

Pc =vc.ap. fn.kc

240.103 (2.8)

Pc =ap.ae.v f .kc

60.106 (2.9)

O tempo de corte, tc, por sua vez, é um dos fatores mais relevantes a ser calculado.

O tempo de corte é um dos principais fatores quando se avalia a viabilidade econômica

da usinagem, já que é através dele que se adquire a quantidade de peças feita por minuto,

em cada etapa.

O tempo de corte, junto com a vida da ferramenta, permite também indicar quantas

peças podem ser fabricadas ao longo da vida de uma ferramenta, o que também é um fator

econômico muito relevante. tc é dado pela equação 2.10, abaixo. No caso do fresamento,

a equação para o tempo de corte é dada pela equação 2.11.

tc =l

fn.n(2.10)

5

tc =l

v f(2.11)

Por último, o volume de material removido, Vr mm3, é um parâmetro útil na com-

paração entre cenários possíveis para a mesma etapa, ou entre diferentes condições de

corte, pois permite avaliar o objetivo final da usinagem, que é a remoção de material. O

volume de material removido pode ser calculado em função do tempo de corte e a taxa de

remoção de material, conforme a equação 2.12:

Vr = tc.Q (2.12)

Esses cinco parâmetros serão calculados para cada etapa no delineamento das etapas

feito na seção 3.4 e serão úteis na comparação entre diferentes cenários e na avaliação de

viabilidade das etapas, feita posteriormente nesse trabalho.

2.2 Vida da Ferramenta

Na usinagem, os grandes esforços e temperaturas criam um ambiente severo para

as ferramentas. As forças de corte, as altas temperaturas e o contínuo atrito na aresta de

corte levam ao desgaste da ferramenta fazendo que elas tenham um tempo de útil de vida

limitado.

Esse tempo útil é a vida da ferramenta, definida como o tempo de corte em que

a ferramenta pode ser usada. Em um ambiente de produção, a ferramenta não deve ser

usada até a sua falha completa, mas até quando a superfície de corte atingir o limite do

critério estabelecido. A norma determina que a vida da ferramenta é o tempo em que a

ferramente é usada até atingir um valor específico, por exemplo, de 5mm do desgaste de

flanco (VB).

Diferentes parâmetros de corte levam a diferentes esforços e temperaturas durante

a usinagem, portanto, a vida da ferramenta é função não só das características da ferra-

menta, mas também dos parâmetros de corte.

Quando uma ferramenta chega ao fim de sua vida útil, é necessário que ela seja

removida, e substituída. Caso isso não seja feito no tempo adequado, corre-se o risco de

perda de qualidade na usinagem e aumento dos esforços e temperaturas. Essa reposição

6

da ferramenta, porém, aumenta os custos da produção, pois exige que o processo seja

interrompido durante algum tempo. A substituição da ferramenta exige a compra de novas

ferramentas e uma nova afiação da ferramenta usada, o que obviamente demanda tempo

e custo.

Sendo assim, é de muita importância a atenção a este parâmetro no planejamento

da fabricação. É importante avaliar como cada um dos parâmetros de corte influencia a

vida da ferramenta, para que eles sejam ajustados da maneira que permita uma produção

mais econômica em custo e tempo.

Na figura 2.1, [Groover, 2010], observa-se como a velocidade de corte influencia

diretamente na vida da ferramenta. Quanto maior a velocidade, menor o tempo em que a

ferramenta é usada até que alcance o limite de desgaste de flanco estabelecido. Na figura,

por exemplo, com a velocidade de corte de 100m/min, a vida da ferramenta foi de 41min

enquanto que com 160m/min, ela foi de 5min apenas.

Figura 2.1: Efeito da Velocidade de Corte no Desgaste da Ferramenta - Adaptado de

[Groover, 2010]

A equação de Taylor relaciona a velocidade de corte com a vida da ferramenta, Tv

[min], está apresentada na equação 2.13 [Smith, 2008]. Os coeficientes da equação de

Taylor são n e C, constantes cujos valores dependem do material da peça, da ferramenta

7

e do critério de vida da ferramenta usado e podem depender também do avanço e da

profundidade de corte.

vc.T nv =C (2.13)

Embora a equação de Taylor coloque a relação entre velocidade de corte e vida da

ferramenta de maneira bem simples, o seu uso é limitado pelas constantes n e C. Como

essas constantes são dependentes de muitos parâmetros, em muitos casos seus valores não

estão disponíveis. O cálculo dessas constantes pode ser feito em testes que mantenham

as mesmas condições de corte, variando apenas a velocidade de corte e obtendo a vida

da ferramenta para cada velocidade. Dessa forma, as contantes podem ser obtidas, mas

apenas para aqueles parâmetros de corte estabelecidos.

Como esse tipo de teste não faz parte do escopo desse trabalho, e como são escassas

as referências para as contantes de Taylor para sistemas de ferramentas modernos, com

o uso de pastilhas, a avaliação da vida da ferramenta será feito de maneira qualitativa.

Essa avaliação irá considerar a influência da velocidade de corte na vida da ferramenta,

na comparação entre diferentes cenários.

8

Capítulo 3

Delineamento da Fabricação

Neste capítulo será feita a definição do projeto, delimitando o escopo deste trabalho

e definindo as etapas de fabricação que serão executadas. Em primeiro lugar, é analisado

o elemento coluna perfurada no projeto mecânico da centrífuga vertical, explicando sua

função e uso no projeto.

Em seguida, iremos comparar o processo de usinagem com outros processos de

fabricação como fundição e manufatura aditiva. Explicando os benefícios e prejuízos de

cada processo e justificando nossa escolha pela usinagem.

Por fim, será feita a descrição minuciosa das etapas e o planejamento da usinagem,

justificando as escolhas das ferramentas, as estratégias de fabricação, os parâmetros de

corte e os métodos de fixação. Neste capítulo serão levantados também os diferentes

cenários de usinagem, com estratégias e parâmetros de corte diferentes. Para possibilitar

a análise das etapas e a comparação entre estes cenários, neste capítulo serão feitos os

cálculos de usinagem, como potência requirida, tempo de corte e volume removido.

3.1 Coluna Perfurada

Nessa seção, será feita uma descrição rápida da peça de qual será feito o estudo. A

coluna perfurada é uma das peças mais complexas da centrífuga, e o fato da peça apresen-

tar furos diagonais para o escoamento dos fluidos e reentrâncias para a montagem e para

o escoamento torna a peça uma escolha interessante para o planejamento da fabricação.

Nas figuras 3.1 e 3.2 são apresentados os desenhos técnicos da coluna para o enten-

9

dimento da peça, suas dimensões e seus elementos. É importante pontuar que a peça é

fabricada em Aço Inoxidável AISI 316.

Figura 3.1: Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista Isométrica

Na figura 3.2 é possível observar os elementos que constituem a coluna e que serão

estudados nesse trabalho: um furo central; duas seções cônicas, uma inferior uma supe-

rior; quatro seções escalonadas internas; quatro rasgos laterais; quatro rasgos superiores;

e os 88 furos diagonais, dispostos em 22 grupos de quatro.

10

Figura 3.2: Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista da seção

Na figura 3.3 podemos ver parte do desenho de conjunto da centrífuga com um

esquema de funcionamento, mostrando o uso da coluna perfurada. A centrífuga tem como

objetivo separar o óleo da água através da força centrífuga e da diferente densidade dos

dois líquidos. Com a rotação da centrífuga, o líquido mais pesado, a água e os detritos,

são arremessados para fora e separado do óleo, de menor densidade.

A coluna perfurada cumpre justamente o papel de escoar esse óleo separado para

saída. O óleo flui pelos furos diagonais, subindo pela centrífuga. Os demais elementos

mecânicos da coluna tem o papel de encaixe com as outras peças da centrífuga.

11

Figura 3.3: Desenho de Conjunto da Centrífuga - Esquema de Funcionamento - Retirado

de [Bessa, 2015]

3.2 Avaliação dos Processos de Fabricação

Para a fabricação da coluna, alguns processos podem ser considerados, seja para

fabricação total ou parcial. Além da usinagem, fabricação por manufatura aditiva e por

fundição são dois exemplos de tais processos.

Manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D, poderia ser um pro-

12

cesso considerado para a fabricação dessa peça. Como a peça tem algumas reentrâncias

e elementos complexos, a manufatura permitiria a fabricação dessa peça sem as preo-

cupações de fixação ou acesso das ferramentas. A fabricação dos furos diagonais, por

exemplo, seria facilitada imensamente nesse processo.

Além disso, a manufatura aditiva hoje já está desenvolvida de forma a permitir boas

qualidade mecânicas que possibilitam a fabricação de peças em ambiente de produção. A

grande dificuldade hoje em relação a esse processo, porém, são os altíssimos custos de

manufatura aditiva em metal, principalmente em aço inoxidável. Numa pesquisa rápida,

só foi encontrada uma empresa, na Noruega, que fabrica peças com o material utilizado

nesse caso.

Por outro lado, é possível o uso da manufatura aditiva para a fabricação de protóti-

pos em outros materiais, de preço mais baixo, como polímeros. Esses protótipos podem

permitir um conhecimento melhor da geometria da peça e inclusive facilitar o planeja-

mento da peça em ambiente de produção.

Outro processo de fabricação que também deve ser considerado é a fundição. De-

vido as reentrâncias presentes na peça, como as seções escalonadas, os rasgos e os furos

pequenos, não é possível a fabricação total da peça por fundição. Porém, é possível com-

binar fundição e usinagem, realizando a usinagem em um bruto de fundição, que já fosse

fabricado com o furo central e as seções cônicas, por exemplo.

A combinação entre esses dois processos, permite uma redução grande na perda de

material durante a usinagem. As etapas de usinagem do furo central e das seções cônicas

são as que apresentam maior perda de material e que demandam maior potência e tempo

para realização. A combinação entre os dois processo poderia prevenir esses problemas,

deixando a usinagem apenas para o acabamento desses elementos e para a fabricação dos

outros elementos, mais complexos.

Por outro lado, o processo de fundição não garante qualidades de material tão boas

quanto a usinagem a partir da barra. A fundição pode gerar regiões de densidade menor

dentro de uma mesma peça, o que é bastante negativo, principalmente no caso de peças

rotativas.

Sendo assim, a maneira mais viável de fabricação dessa peça é a usinagem, já que

combina qualidade no acabamento e nas propriedades mecânicas da peça e eficiência

13

econômica. De qualquer forma, essas são apenas ponderações iniciais sobre o uso de

outros processos. Principalmente no caso da combinação entre fundição e usinagem,

pode ser realizada uma análise mais quantitativa e profunda. Além disso, o mercado de

manufatura aditiva tem se desenvolvido em grande velocidade, levando a aumento da

demanda e redução de custos, portanto deve ser também um ponto de atenção.

3.3 Etapas do Processo de Usinagem

Para realizar um planejamento da fabricação, devemos definir as etapas de usinagem

que serão feitas, considerando as possibilidades de fixação, a qualidade final da peça,

as limitações da máquina operatriz e a viabilidade econômica, considerando o tempo

de fabricação e o gasto ferramental, portanto considerando a vida das ferramentas e a

intercambialidade das ferramentas.

O primeiro passo é definir a geometria da matéria prima (bruto) a partir de qual a

usinagem será desenvolvida. Foi selecionada uma barra circular de 254mm (10 polegadas)

de diâmetro.

Após a seleção do bruto, é necessária a definição de quais parte da peça será feito o

planejamento mais completo da fabricação. A definição das etapas será feita através dos

sete elementos que temos na peça: o furo central, a seção cônica inferior, a seção cônica

superior, seção escalonada, os rasgos laterais, os rasgos superiores e os furos diagonais.

Para os rasgos laterais e superiores e para os furos diagonais, uma etapa de fresa-

mento ou furação é suficiente, pois já se atinge o nível de acabamento necessários, sendo

feitas 3 etapas. Os outros elementos, porém, demandam uma etapa prévia de desbaste,

seguida de uma etapa de acabamento, contabilizando 8 etapas. Além disso, é necessá-

rio também o torneamento externo do bruto para alcançar o diâmetro externo necessário.

Com essa última etapa, totalizam se 12 etapas.

Sabendo que a fixação da peça é algo que toma bastante tempo da produção, e

buscando reduzir esses tempos parados ao máximo, foram definidas três etapas globais de

usinagem com três fixações da peça usinada. A ordem entre etapas também foi definida de

maneira que minimizasse os tempos de fixação, colocando as etapas da mesma fixação em

sequência e possibilitando apenas duas trocas de fixação durante o processo de fabricação.

14

As três fixações são:

I. Fixação superior da Coluna - Nessa primeira fixação, a coluna será fixada pela sua

parte superior, com castanhas, ficando na sua posição horizontal e girando em torno

do seu eixo.

Nessa etapa serão realizados os três primeiros processos: usinagem externa da barra

(A), furação do furo central (B) e a usinagem interna da seção cônica inferior (C e D)

e o fresamento dos rasgos laterais (E). Na figura 3.4 está representado um esquema

dessa fixação, com as castanhas de fixação representadas em preto.

Figura 3.4: Esquema da Fixação I

II. Fixação inferior da Coluna - Da mesma forma que na primeira fixação, a coluna

agora será fixada pela sua parte inferior, mas continuará na posição horizontal e

girando em torno do seu eixo.

Nessa segunda fixação serão realizadas as etapas de usinagem da parte superior da

coluna, ou seja, o acabamento interno do furo central (H), as seções escalonadas

(F e I), a usinagem da seção cônica superior (G e J) e serão fresados também os

rasgos superiores da coluna (K). Da mesmas forma, na figura 3.5 está representado

um esquema dessa fixação.

15

Figura 3.5: Esquema da Fixação II

III. Fixação oblíqua - Por último, é necessária a fixação da coluna a 45 graus para rea-

lização dos 88 furos diagonais, com diâmetro de 10mm (L). Dessa forma é possível

o posicionamento vertical da broca para realização dos furos. Nas figuras 3.6 e 3.7

estão representadas duas opções de fixação para essa etapa, com os elementos de

fixação representadas em preto e a base em cinza.

16

Figura 3.6: Esquema da Fixação III - Opção 1

Figura 3.7: Esquema da Fixação III - Opção 2

Da mesma forma que na definição das fixações, para a ordem das etapas também

se buscou diminuir o tempo parado devido a troca de ferramentas, colocando etapas que

usassem a mesma ferramenta em sequência. Chegamos assim, na sequência de etapas

apresentada na tabela 3.1. Nela estão presente a fixação, a letra que define cada etapa, a

descrição, o nível de acabamento e se se trata de uma usinagem interna ou externa. Essa

tabela servirá de referência para o uso da letra que define cada etapa.

17

Fixação Etapa Descrição Nível de Acabamento Lado

I A Torneamento Cilíndrico Externo Desbaste Externo

I B Furação do Furo Central Desbaste Interno

I C Torneamento Seção Cônica Inferior Desbaste Interno

I D Torneamento Seção Cônica Inferior Acabamento Interno

I E Fresamento Rasgos Laterais Acabamento Externo

II F Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada Desbaste Interno

II G Torneamento Seção Cônica Superior Desbaste Externo

II H Torneamento Cilíndrico Furo Acabamento Interno

II I Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada Acabamento Interno

II J Torneamento Seção Cônica Superior Acabamento Externo

II K Fresamento Rasgos Superiores Acabamento Externo

III L Furação dos Furos Diagonais Acabamento Externo

Tabela 3.1: Tabela Geral de Etapas

3.4 Delineamento das Etapas

Nas seções seguintes serão descritas as etapas, incluindo a estratégia, o número de

passes e a profundidade de corte. Serão descritos também os possíveis diferentes cenários

dentro de uma mesma etapa e escolhidas as ferramentas e os parâmetros de corte. Para

cada uma das etapas serão calculados os parâmetros descritos na seção 2.1.

Para a escolha das ferramentas e definição dos parâmetros de corte, foram usados

os catálogos [Sandvik-Coromant, 2015a] e [Sandvik-Coromant, 2015b]. Esse fabricante

foi escolhido por ter uma vasta gama de opções de ferramental e por disponibilizar de

maneira ampla seus catálogos e informações. Não somente os catálogos usados neste

trabalho estão disponíveis no site do fabricante, como também muitas informações sobre

seleção de ferramentas e definições técnicas.

18

3.4.1 Etapa A - Torneamento Cilíndrico Externo

A primeira etapa da usinagem é o torneamento cilíndrico externo da peça. Essa é

uma etapa que pode ser realizada em qualquer uma das fixações mas é importante que

seja a primeira, pois ela que permite a definição do diâmetro externo da peça e permite a

realização das etapas externas seguintes.

Na figura 3.8 está representada a etapa, com o contorno indicando aonde será feita

a usinagem. O objetivo dessa etapa é a redução do diâmetro inicial do bruto de 254mm

para o diâmetro final de 252mm. Nessa etapa, a estratégia é simples e será feito um passe

longitudinal, com uma profundidade de corte igual a 1mm, reduzindo 2mm no total do

diâmetro.

Figura 3.8: Esquema de Usinagem da Etapa A

A escolha da ferramenta foi feita pelo sistema T-Max P que é otimizado para tor-

neamento externo. Devido a pequena profundidade de corte de 1mm o processo pode ser

tratado como um processo de acabamento. Para a seleção da pastilha, foi considerado

o formato padrão para esse processo, o formato rômbico, e um tamanho intermediário

entre os disponíveis para a classe de dureza de material desejada, sendo assim a pastilha

escolhida foi a de código CNMG 12 04 08-MF.

O suporte selecionado é um suporte de fixação rígida, haste comum e um tamanho

intermediário. O suporte escolhido é o de código DCBNR/L 2525M 12. Para futuras

19

referências internas, esse cojunto de ferramenta será chamado de F11, onde o primeiro

dígito indica o suporte e o segundo dígito indica a pastilha. As imagens do suporte e

pastilha escolhidos estão apresentados na figura 3.9.

(a) Pastilha Selecionada (b) Suporte Selecionado

Figura 3.9: Ferramenta F11

Após escolhida a pastilha, e sabendo a profundidade de corte, podemos obter o valor

recomendado de avanço por rotação e a partir deste, o valor da velocidade de corte e da

força de corte específica. Todos esses parâmetros de corte estão apresentados na tabela

3.2. De posse desses valores, podemos calcular os parâmetros indicados nas equações da

seção 2.1. Os valores calculados desses parâmetros estão na tabela 3.3.

Estratégia Longitudinal

Passes 1

Ferramenta F11

Profundidade de Corte (ap) [mm] 1

Avanço ( fn) [mm/rot] 0,2

Velocidade de Corte (vc) [m/min] 290

Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2] 1800

Tabela 3.2: Etapa A - Parâmetros de Corte

20

Etapa N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [cm3]

A 363 58,00 1,74 188 182

Tabela 3.3: Etapa A - Parâmetros Calculados

3.4.2 Etapa B - Furação do Furo Central

A segunda etapa do processo é a furação do furo central. Essa é uma das etapas mais

robustas do processo, aonde é retirada uma grande parcela de material. Dessa forma, é

também uma etapa que demanda alta potência da máquina operatriz, o que inclusive pode

ser um limitante. Somente após a realização dessa etapa que se pode fazer a usinagem dos

elementos internos da peça, então essa deve ser uma das primeiras etapas a ser realizada.

Na figura 3.10 está representada a etapa, com o contorno representando a parte a

ser usinada. O furo final da peça deve ter 80,3mm de diâmetro, porém, como é necessário

que hajam duas etapas, uma de furação, de desbaste e uma de acabamento, através do

torneamento, o furo feito na furação deve ser menor. Será feito então um furo de 77mm e

os 3,3mm restantes serão retirados numa etapa seguinte.

Figura 3.10: Esquema de Usinagem da Etapa B

A primeira preocupação ao delinear essa etapa é a viabilidade de se fazer a etapa

toda em apenas um furo central de 77mm de diâmetro. Hoje já estão disponíveis no

21

mercado brocas deste diâmetro e que furam em uma profundidade de até 5 vezes o seu

diâmetro, portanto o limitante da estratégia de realizar a etapa em apenas um furo não é o

ferramental.

Porém, a realização de uma furação em cheio com diâmetro tão grande iria de-

mandar uma grande potência da máquina operatriz, que talvez não estivesse disponível

ou não fosse economicamente viável. Sendo assim, serão analisados dois cenários para

esta etapa: o primeiro, com um furação em cheio de 77mm; e um segundo, com uma

pré-furação com metade do diâmetro, seguida de uma furação final com o diâmetro de

77mm.

Prosseguindo para a seleção da ferramenta para primeiro cenário, que será nomeado

B1, temos que a solução fornecida para o fabricante é o sistema CoroDrill 880 com diâ-

metro grande que é uma broca com quatro pastilhas intercambiáveis. Para este sistema,

deve ser escolhido o suporte e as pastilhas que são usadas.

O suporte é escolhido em função do diâmetro e da profundidade do furo. Os su-

portes são fornecidos em duas profundidades de três ou de quatro vezes o diâmetro.

Como a profundidade do furo é menor que três vezes o diâmetro, o menor suporte,

880-D0770L50-03, será selecionado. Além disso, as pastilhas padrão para este suporte

também são selecionadas: pastilha central, 880-07 04 06H-C-LM; pastilhas internas e

periféricas, 880-07 04 W10H-P-LM. Para referência interna, esse conjunto de suporte e

pastilhas será chamado F22. As pastilhas e suporte selecionados estão apresentados na

figura 3.11.

(a) Pastilha Central Selecionada (b) Pastilha Periférica Selecio-

nada

(c) Suporte Selecionado


Como a potência líquida é um limitante, os parâmetros de corte selecionados são

os que levam ao menor valor de potência, dentro dos limites indicados pelo catálogo. Os

22

parâmetros de cortes estão apresentados na tabela 3.4, sendo o valor de força de corte

específica calculado através da equação 2.3. Os parâmetros calculados a partir desses

parâmetros de corte estão na tabela 3.5.

Estratégia: Furação em cheio

Passes: 1

Ferramenta: F22

Profundidade de Corte (ap) [mm]: 77

Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,07

Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 115

Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 2972

Tabela 3.4: Etapa B1 - Parâmetros de Corte

Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]

B1 228 475 154,96 7,68 411 1.061,71

Tabela 3.5: Etapa B1 - Parâmetros Calculados

Agora, comparativamente, deve se delinear a etapa com pré-furação, chamada aqui

de B2. A etapa B2 consiste em duas sub-etapas uma furação em cheio, a pré-furação,

B2.1 e a segunda etapa de furação após o furo inicial, B2.2. Para B2.1 é necessário definir

o diâmetro do furo, a ferramenta usada e os parâmetros de corte.

A solução mais simples é que a etapa B2.1 tenha um diâmetro que seja metade do

furo total, portanto foi escolhido o valor de 40mm para o diâmetro de B2.1. Como não

é necessário uma furação precisa, já que se trata de uma pré-furação, foi selecionado o

sistema de ferramenta Corodrill 880.

Para uma broca de 40mm, porém, a maior profundidade de furo possível são 160mm,

logo seriam necessários dois passes de furação. Caso fosse imposta uma furação em ape-

nas um passe, teria que se usar uma broca de 57mm. Nesse caso, porém, não haveria uma

redução grande da potência necessária, que é o que se está tentando reduzir de B1 para

B2. Dessa forma, serão mantidos dois passes de 114mm de profundidade e uma broca de

40mm de diâmetro.

23

Nesse cenário, o suporte escolhido é o de código 880-D4000L40-03, que requer a

escolha de duas pastilhas, uma periférica, 880-07 04 W06H-P-GM e uma central, 880-07

04 06H-C-GM. Para referência interna, esse conjunto ferramental será chamado de F33 e

o seu suporte e pastilhas estão apresentados na figura 3.12. Da mesma forma que em B1,

os parâmetros de corte são escolhidos para minimizar a potência líquida e estão indicados

na tabela 3.6.

(a) Pastilha Central Selecionada (b) Pastilha Periférica Selecio-

nada

(c) Suporte Selecionado



Passes: 2

Ferramenta: F33





Tabela 3.6: Etapa B2.1 - Parâmetros de Corte

Para a sub-etapa B2.2, o diâmetro é o mesmo da etapa B1, portanto a ferramenta e os

parâmetros de corte serão os mesmos. A única diferença está no cálculo da profundidade

de corte que é o equivalente ao diâmetro do furo completo menos o diâmetro do pré-furo.

Os parâmetros de corte estão na tabela 3.7 e os parâmetros calculados para a etapa B2

completa estão apresentados na tabela 3.8.

24

Estratégia: Com pré-furação

Passes: 1

Ferramenta: F22





Tabela 3.7: Etapa B2.2 - Parâmetros de Corte


B2.1.1 114 915 69,00 3,53 125 143,26

B2.1.2 114 915 69,00 3,53 125 143,26

B2.2 228 475 74,46 3,69 411 510,17

TOTAL 660 796,69

Tabela 3.8: Etapa B2 - Parâmetros Calculados

3.4.3 Etapa C - Torneamento Seção Cônica Inferior

Outra etapa de grande robustez no processo é o torneamento da seção cônica. Junto

com a furação, este é um dos processos de maior remoção de material e de mais intenso

desbaste. Essa é uma das etapas na fixação I, quando a peça é fixada por sua parte superior,

portanto, realizada logo após a furação do furo central.

Essa etapa consiste na remoção de material do cone inferior interno, e a melhor es-

tratégia é a realização de sub-etapas longitudinais que vão deixando pequenos degraus na

seção cônica. Esses degraus serão removidos no acabamento, feito em seguida. Conforme

as sub-etapas vão sendo realizadas, maior é o diâmetro de rotação e menor o comprimento

usinado, como se pode ver nas setas esquematizadas na figura 3.13.

Nessa etapa de desbaste, o mais importante é uma alta taxa de remoção de mate-

rial e conforme mostrado na equação 2.4, isso será alcançado com valores altos para os

parâmetros de corte. Entre os parâmetros de corte, o que permite a maior variação é a

25

Figura 3.13: Esquema de Usinagem da Etapa C

profundidade de corte, logo maximizando este parâmetro, iremos alcançar uma alta taxa

de remoção.

Essa alta taxa de remoção, porém, implica em altos valores de potência requerida

pela máquina operatriz, que podem não ser oferecidos por um torno comum. Dessa forma,

alguns cenários de parâmetros de corte serão avaliados para esta etapa, um primeiro com

alta profundidade de corte, e por consequência alta potência, e outros dois, com valores

mais moderados para os parâmetros de corte. A ferramenta e a estratégia de usinagem por

degraus se manterão para todos os cenários.

No primeiro cenário a avaliação será feita para a maior profundidade de corte pos-

sível. Para o material usinado e dentro das ferramentas disponíveis, o maior valor dispo-

nível é 11,4mm, que exige 7 passes para a conclusão da etapa. A ferramenta que alcança

esse valor é a pastilha CNMG 19 06 12-MR1), do mesmo sistema T-Max P e com o su-

porte A50U-PCLNR/L 19. Esse conjunto de pastilha e suporte será nomeado F44 e está

mostrado na figura 3.14.

Assim como nas etapas anteriores, para este primeiro cenário, serão selecionados

alguns parâmetros de corte e calculados os parâmetros restantes, incluindo a potência

líquida, para cada uma das sub-etapas e os valores totais. Os parâmetros de corte estão na

tabela 3.9 e os parâmetros calculados na tabela 3.10.

26



Estratégia: Longitudinal

Passes: 7

Ferramenta: F44

Profundidade de Corte (ap) [mm]: 11.4

Avanço ( fn) [mm/rot]: 0.35



Tabela 3.9: Etapa C1 - Parâmetros de Corte

Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]

C1.1 74,5 77,0 992

957,60 28,73

13 205

C1.2 63,1 99,8 765 14 226

C1.3 51,7 122,6 623 14 227

C1.4 40,3 145,4 525 13 210

C1.5 28,9 168,2 454 11 174

C1.6 17,5 191,0 400 8 120

C1.7 6,1 213,8 357 3 47

TOTAL 76 1208

Tabela 3.10: Etapa C1 - Parâmetros Calculados

27

Como já se pode observar na tabela 3.10, os valores de potência líquida requeridos

pela etapa C1 são bem altos. No segundo cenário para esta etapa, C2, o objetivo é reduzir

a potência requerida até valores mais moderados, mas reduzindo o mínimo possível a

profundidade de corte, mantendo assim uma quantidade pequena de etapas.

Os outros dois parâmetros de corte que podemos reduzir para reduzir a potência são

o avanço e a velocidade de corte. Porém, para manter a qualidade da usinagem, não é

possível reduzir ambos ao mesmo tempo. Como o valor do avanço pode ser variado de

uma forma que tem mais impacto sobre a potência, no cenário C2, iremos minimizar este

valor usando o menor valor disponível para o material usinado, 0,20mm/rot.

Com este valor de avanço, podemos chegar a uma profundidade de corte de 6,3mm

e concluir a etapa em 12 passes, mantendo a potência de corte abaixo de 11kW. Os pa-

râmetros de corte selecionados para esse cenário estão na tabela 3.11 e os parâmetros

calculados na tabela 3.12.


Passes: 12

Ferramenta: F44






28

Etapa l [mm] Dm [mm] n [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]

C2.1 74,5 77,0 1199

365,40 10,96

19 114

C2.2 68,2 89,6 1030 20 121

C2.3 61,9 102,2 903 21 125

C2.4 55,6 114,8 804 21 126

... ...

C2.9 24,1 177,8 519 14 85

C2.10 17,8 190,4 485 11 67

C2.11 11,5 203,0 455 8 46

C2.12 5,2 215,6 428 4 22

TOTAL 190 1160


Pela tabela 3.12 já é possível perceber que o cenário C2 permite uma grande redução

na potência líquida, como esperado. Porém, no cenário C2 a velocidade de corte é bastante

alta, para compensar a redução do avanço. Com discutido na seção 2.2, a velocidade de

corte é fortemente relacionada ao desgaste da ferramenta e uma alta velocidade de corte

é bastante responsável pela redução da vida útil da ferramenta.

Dessa forma, no cenário C3 serão escolhidos parâmetros de corte que permitam

uma redução da velocidade, mas que ainda mantenham uma alta profundidade de corte,

que permita poucos passes. Sendo assim, o valor escolhido para a velocidade de corte é

215m/min. Com este valor de velocidade, a profundidade de corte a que chegamos é de

4.2mm, permitindo a conclusão da etapa em 18 passes.

Para este cenário, os parâmetros de corte estão disponíveis na tabela 3.13 e os re-

sultados dos cálculos dos parâmetros, assim como os valores finais da etapa para este

cenário, estão na tabela 3.14.

29


Passes: 18

Ferramenta: F44






Etapa l [mm] Dm [mm] n [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]

C3.1 74,5 77 889

361,20 10,84

13 76

C3.2 70,3 85,4 801 13 79

C3.3 66,1 93,8 730 14 82

C3.4 61,9 102,2 670 14 83

... ...

C3.15 15,7 194,6 352 7 40

C3.16 11,5 203 337 5 31

C3.17 7,3 211,4 324 3 20

C3.18 3,1 219,8 311 1 9

TOTAL 190 1142


3.4.4 Etapa D - Torneamento Seção Cônica Inferior

A próxima etapa da fixação I é o acabamento interno da seção cônica inferior. Essa

etapa é necessariamente feita em seguida ao desbaste da seção, quando a maior parte do

material já foi removido. A parte a ser usinada esta representada na figura 3.13, pois é a

mesma da etapa C.

A estratégia de corte usada nesta etapa também é a mesma da etapa anterior, com o

torneamento longitudinal por degraus. Como se trata de uma etapa de acabamento, porém,

30

os pequenos degraus que restarem após essa etapa serão praticamente imperceptíveis.

Além disso, diferentemente da etapa anterior, nessa etapa a usinagem será feita somente

nos degraus que restaram após a realização da etapa C.

Como na etapa C foram realizados três cenários diferentes, C1, C2 e C3, os degraus

restantes após cada cenário também variam. A proposta para a etapa atual é que se calcu-

lem também 3 cenários já que o material a ser removido em cada uma deles varia. Dessa

forma, poderemos avaliar qual do conjunto de cenários é mais econômico, entre C1 e D1,

C2 e D2 e C3 e D3.

Para esses três cenários, D1, D2 e D3, os parâmetros de corte serão os mesmos,

porém como o volume de material a ser retirado varia, o número de passes também muda

de um cenário para outro.

Nos três cenários, trata-se de um processo de acabamento, portanto a profundidade

de corte escolhida é de 0,4mm. Visando a redução de custo ferramental, a pastilha usada

para este processo pode ser a mesma usada na etapa A, pois já se trata de uma pastilha

para acabamento.

A escolha do suporte também será feita visando a economia ferramental, usando um

suporte que possa ser usado posteriormente, no processo F, que exige um suporte com um

grande comprimento útil. Dessa forma, o suporte escolhido é o suporte A40T-DCLNR/L

12. Este conjunto suporte e pastilha será nomeado F51. Não é possível escolher o mesmo

suporte escolhido para a etapa C, devido ao tamanho da pastilha. Como a pastilha usada

na etapa C é bem maior do que a usada na etapa D, o suporte não pode ser o mesmo para

ambas etapas. Na figura 3.15 está apresentado o conjunto F51, sendo a pastilha a mesma

usada na etapa A.

Com a escolha do conjunto de ferramenta, podemos selecionar os parâmetros de

corte, que estão apresentados na tabela 3.15.

31




Ferramenta: F51

Profundidade de Corte (ap) [mm]: 0,4




Tabela 3.15: Etapa D - Parâmetros de Corte

Agora para o cálculo dos parâmetros, é necessário avaliar os 3 cenários. O cenário

D1 é a continuação do cenário C1, portanto nele serão usinados os 7 degraus de 11,4mm

e mais o oitavo degrau de 6,1mm obtidos no cenário C1. Dessa forma, temos 211 passes,

que variam em comprimento usinado e diâmetro de rotação. A tabela com os parâmetros

calculados para esses passes é a tabela 3.16.

32


D1.1 11,0 77,0 1199

23,20 0,70

2,75 1

D1.2 10,6 77,8 1187 3 1

D1.3 10,2 78,6 1174 3 1

D1.4 9,8 79,4 1163 3 1

... ...

D1.208 1,3 245,4 376 1 0

D1.209 0,9 246,2 375 1 0

D1.210 0,5 247,0 374 0 0

D1.211 0,1 247,8 373 0 0

TOTAL 578 223

Tabela 3.16: Etapa D1 - Parâmetros Calculados

Para a etapa D2, os resultados estão apresentados na tabela 3.17. Essa etapa é a

continuação da etapa C2, logo tem como objetivo remover o material nos 12 degraus de

6.3mm e no último degrau, de 5.2mm, restantes daquela etapa. Com a profundidade de

corte de 0.4mm, totalizam-se 192 passes, que da mesma forma, variam em comprimento

usinado e em diâmetro de rotação.

33


D2.1 5,9 77,0 1199

23,20 0,70

1 1

D2.2 5,5 77,8 1187 1 1

D2.3 5,1 78,6 1174 1 1

D2.4 4,7 79,4 1163 1 0

... ...

D2.189 1,6 234,6 393 1 0

D2.190 1,2 235,4 392 1 0

D2.191 0,8 236,2 391 1 0

D2.192 0,4 237,0 389 0 0

TOTAL 295 114


Finalmente, para a etapa D3, os resultados estão na tabela 3.18. Nessa etapa, serão

usinados os 18 degraus de 4,2mm e o último degrau, de 3,1mm, restantes da etapa C3.

Desse modo, a etapa D3 terá 187 passes, descritos na tabela abaixo.


D3.1 3,8 77,0 1199

23,20 0,70

1 0

D3.2 3,4 77,8 1187 1 0

D3.3 3,0 78,6 1174 1 0

D3.4 2,6 79,4 1163 1 0

... ...

D3.184 1,5 230,6 400 1 0

D3.185 1,1 231,4 399 1 0

D3.186 0,7 232,2 398 1 0

D3.187 0,3 233,0 396 0 0

TOTAL 184 71


34

3.4.5 Etapa E - Fresamento dos Largos Laterais

A última etapa da fixação I é o fresamento dos largos laterais. Essa etapa deve ser

feita na fixação I pois é necessário o acesso a parte inferior da peça. Por se tratar de uma

etapa de fresamento, ela não é feita entre as etapas de torneamento dessa fixação, sendo

feita no final. Essa etapa está representada na figura 3.16.

Figura 3.16: Esquema de Usinagem da Etapa E

A proposta dessa etapa é o fresamento dos quatro rasgos laterais da peça. Para isso

foi escolhida uma fresa grande que pudesse alcançar cantos de 90o. Os cálculos e os

valores foram aproximados para um fresamento de canto para simplificação.

A fresa escolhida foi do sistema CoroMill 390, que fornece ferramentas de diver-

sos tamanhos, para diferentes tipos de aplicação inclusive os necessários nessa etapa. O

suporte selecionado foi o de código R390-125Q40-17H e a pastilha a de código R390-17

04 08M-PM. Esse conjunto suporte e pastilhas será denominado F66 e está apresentado

na figura 3.17.

Após a escolha do conjunto de ferramentas, podemos selecionar os parâmetros de

corte. No fresamento, os parâmetros de corte incluem o avanço por dente, o número de

dentes da fresa e a largura fresada. Para realizar essa operação, foi escolhida uma pro-

fundidade de corte de 9mm, já que a profundidade dos rasgos é 18mm, sendo necessários

dois passos para cada rasgo, totalizando assim 8 passes.

35



Os parâmetros de corte selecionados para essa etapa estão mostrados na tabela 3.19

e os parâmetros calculados a partir dos parâmetros selecionados estão na tabela 3.20.


Passes: 8

Ferramenta: F66


Largura Fresada (ae) [mm]: 9

Avanço por dente ( fz) [mm]: 0.10

Número de Dentes (Zc) [mm]: 11



Tabela 3.19: Etapa E - Parâmetros de Corte

36


E.1

792 252 573 51,05 1,66

75 64,1

E.2 75 64,1

E.3 75 64,1

E.4 75 64,1

E.5 75 64,1

E.6 75 64,1

E.7 75 64,1

E.8 75 64,1

TOTAL 603 513

Tabela 3.20: Etapa E - Parâmetros Calculados

3.4.6 Etapa F - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada

A partir dessa etapa, alteramos a fixação da peça, fazendo que agora ela seja fixada

pela parte inferior, permitindo a usinagem dos elementos da parte superior da peça. A

etapa atual consiste no torneamento interno das seções escalonadas internas da peça con-

forme mostrado na figura 3.18. Nessa etapa, o mais complexo é o acesso a essa seção.

Foi avaliada a opção de realizar essa etapa na fixação I, mas não havia ferramenta que

alcançasse a seção escalonada pela parte de baixo. Sendo assim, a etapa foi avaliada para

outra fixação, para que pudesse ser acessada a partir do topo da peça.

É necessário reduzir o diâmetro alcançado na etapa B, 77mm, até o diâmetro final

da seção escalonada, 86,3mm. Porém aqui também é necessário que haja uma etapa de

acabamento, portanto, nesta etapa o diâmetro será reduzido em 6mm, até 83mm, e o

restante será reduzido na etapa posterior de acabamento.

A estratégia de corte é simples e trata-se de um torneamento longitudinal em cada

uma das quatro seções escalonadas. Como se trata de um processo de desbaste, a pro-

fundida de corte pode ser de 3mm, de maneira que seja feito somente um passe em cada

seção.

37

Figura 3.18: Esquema de Usinagem da Etapa F

Na seleção de ferramentas, foi feito a escolha pelo sistema T-Max P, porque mesmo

se tratando de um torneamento interno, esse sistema ainda é o mais adequado para proce-

dimentos intermediários ou de desbaste.

O mais crítico na escolha dessa ferramenta é o suporte, pois deve ser um suporte

que alcance até a última seção escalonada, ou seja que tenha um comprimento útil de

cerca de 150mm. Além disso, o suporte deve permitir um ângulo da aresta de corte da

ferramenta, κr maior que 90◦, para que a usinagem consiga alcançar os ângulos retos da

seção escalonada. O suporte que se adequa às essas demanda é o suporte de código A40T-

DCLNR/L 12. A escolha desse suporte apresenta inclusive uma economia de ferramentas,

já que é o mesmo suporte usado na etapa D.

A escolha da pastilha é mais simples, foi considerado o processo padrão e um ta-

manho intermediário entre os disponíveis para o material e para o nível de acabamento.

Sendo assim, a pastilha selecionada foi a de código CNMG 12 04 08-MM. Esse conjunto

de suporte e pastilha será chamado internamente de F55 e está apresentado na figura 3.19.

Com a escolha desse conjunto de ferramenta, podemos escolher os parâmetros de

corte entre os valores indicados. Como eram esperados altos valores de potência líquida,

devido a profundidade de corte, os outros parâmetros foram otimizados para balancear o

valor escolhido para a profundidade de corte e reduzir a potência líquida. Os parâmetros

38



de corte estão na tabela 3.21 e os parâmetros calculados a partir deles na tabela 3.22.


Passes: 1

Ferramenta: F55





Tabela 3.21: Etapa F - Parâmetros de Corte


F.1

23,13 920 180,00 361,20 11 18F.2

F.3

F.4

TOTAL 24 72

Tabela 3.22: Etapa F - Parâmetros Calculados

39

3.4.7 Etapa G - Torneamento Seção Cônica Superior

A etapa G trata do desbaste da seção cônica superior, externa. Essa etapa é bastante

similar a etapa C, de desbaste da seção cônica inferior, dessa forma, ela será analisada da

mesma maneira, suprimindo apenas as explicações mais profundas dadas naquela seção.

A etapa atual é realizada na fixação II e é a última etapa de desbaste da fabricação,

sendo seguida pelas etapas de acabamento da fixação II. Na figura 3.20, temos a represen-

tação da etapa, assim como a esquematização da estratégia de torneamento longitudinal

por degraus, mesma estratégia usada na etapa C, e explicada mais profundamente na seção

3.4.3.

Figura 3.20: Esquema de Usinagem da Etapa G

Da mesma forma que na etapa C, aqui também serão considerados três cenários, o

primeiro, G1, maximizando a profundidade de corte para maior eficiência, e o seguintes,

G2 e G3, considerando uma potência máxima de 11kW e variando os outros parâmetros

em busca da melhor relação entre eles. Como os parâmetros e condições são basicamente

os mesmos, a mesma ferramenta, F44, será usada para essa etapa. Essa ferramenta já foi

apresentada na figura 3.14 na etapa C.

No cenário G1, será usada a maior profundidade de corte possível, 11,4mm, levando

a 7 passes para conclusão da etapa. Os parâmetros de corte para G1 são os mesmo que

para C1 e estão apresentados na tabela 3.9. Os parâmetros calculados porém sofrem

40

variação devido a mudança de diâmetro de rotação, e são apresentados na tabela 3.23.


G1.1 74,5 252 303

957,60 28,73

42 672

G1.2 63,1 229,2 333 32 518

G1.3 51,7 206,4 370 24 382

G1.4 40,3 183,6 416 17 265

G1.5 28,9 160,8 475 10 166

G1.6 17,5 138 554 5 86

G1.7 6,1 115,2 663 2 25

TOTAL 133 2116

Tabela 3.23: Etapa G1 - Parâmetros Calculados

Já no cenário G2, da mesma forma que foi feito para C2, o avanço será minimizado,

buscando manter a maior profundidade de corte, dentro dos limites de potência. Os parâ-

metros de corte já estão descritos na tabela 3.11 de C2. Já os parâmetros calculados estão

apresentados na tabela 3.24.


G2.1 74,5 252,0 366

365,40 10,96

61 372

G2.2 68,2 239,4 386 53 323

G2.3 61,9 226,8 407 46 278

G2.4 55,6 214,2 431 39 236

... ...

G2.9 24,1 151,2 611 12 72

G2.10 17,8 138,6 666 8 49

G2.11 11,5 126,0 733 5 29

G2.12 5,2 113,4 814 2 12

TOTAL 321 1954


41

Por último, a etapa G3, será otimizada de forma a reduzir a velocidade de corte,

considerando o impacto que este parâmetro tem na vida da ferramenta. Da mesma forma,

os outros parâmetros serão ajustados de acordo e mantendo a potência líquida dentro da

margem permitida. Assim como anteriormente, os parâmetros de corte estão apresentados

na tabela 3.13 do processo análogo, C3. Já os cálculos para este processo estão na tabela

3.25.


G3.1 74,5 252 272

361,20 10,84

41 248

G3.2 70,3 243,6 281 38 226

G3.3 66,1 235,2 291 34 205

G3.4 61,9 226,8 302 31 185

... ...

G3.15 15,7 134,4 509 5 28

G3.16 11,5 126 543 3 19

G3.17 7,3 117,6 582 2 11

G3.18 3,1 109,2 627 1 4

TOTAL 314 1890


3.4.8 Etapa H - Torneamento Cilíndrico Furo

Após a realização das etapas de desbaste da fixação II, podemos prosseguir para as

etapas de acabamento interno dessa fixação. Dentre estas, a primeira a ser realizada é o

acabamento do furo central, pois a partir dele que é possível realizar o acabamento da

seção escalonada.

Como nas etapas C e D a seção cônica já foi usinada, o acabamento pode ser feito

apenas no comprimento superior do furo, com um comprimento total de 142mm. A visu-

alização dessa etapa pode ser feita na figura 3.21.

O objetivo dessa etapa é o aumento do diâmetro interno do furo de 77m para

80,3mm, num aumento de 3,3mm. A maneira mais simples de realizar este aumento é

42

Figura 3.21: Esquema da Etapa H

com um passe longitudinal de 1,65mm de profundidade de corte.

Para a otimização do gasto ferramental, a escolha da ferramenta para esta etapa pode

ser feita considerando as ferramentas já utilizadas e avaliando se é possível a reutilização

de algum suporte e pastilha. Em relação ao suporte, é necessário que seja um suporte com

grande comprimento útil que consiga alcançar os 142mm de comprimento. Dessa forma,

pode ser usado o mesmo suporte usado na etapa F, A40T-DCLNR/L 12.

A pastilha usada não poder ser a mesma da etapa F, pois na etapa F trata-se de

um processo de desbaste e esta pastilha é otimizada para tal. Porém, é possível usar a

pastilha usada no processo A e D, otimizada para acabamento, CNMG 12 04 04-MF1).

Esse conjunto de ferramenta será referido como F51, pois usa o suporte 5, usado em F55

e a pastilha 1, usada em F11. O conjunto F51 foi apresentado na etapa D, na figura 3.15.

De posse da escolha da pastilha, podemos selecionar os parâmetros de corte otimi-

zados no acabamento, apresentados na tabela 3.26 e calcular os parâmetros calculados

desta etapa, apresentados na tabela 3.27.

43


Passes: 1

Ferramenta: F51





Tabela 3.26: Etapa H - Parâmetros de Corte


H 142 1199 47,85 1,44 71 57

Tabela 3.27: Etapa H - Parâmetros Calculados

3.4.9 Etapa I - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada

Esta etapa é a etapa de acabamento da seção escalonada interna do futuro. É a

última etapa de torneamento interno, e é necessário que seja realizada por último porque

ela só pode ser feita após o desbaste da seção escalonada e após o acabamento interno do

furo central.

Nessa etapa, a usinagem é realizada no mesmo local que a etapa F, portanto ela tam-

bém pode ser visualizada pela figura 3.18. O objetivo dessa etapa é aumentar o diâmetro

da seção escalonada de 83mm, obtidos na etapa F, para 86,3mm, portanto aumentando

em 3,3mm.

Como se trata de uma etapa de acabamento fino, foi escolhida realizar a etapa em

dois passes de profundidade de corte de 0.8mm. Como são quatro seções escalonadas, ao

final tornam se 8 passes.

Partindo para a seleção da ferramenta, assim como na etapa F, o limitante é um

suporte que alcance todas as seções e que permita um ângulo da aresta de corte para a

ferramenta adequado. Sendo assim, o mesmo suporte da etapa E pode ser selecionado

para esta etapa.

44

Da mesma forma, pode ser utilizada a mesma pastilha da etapa G neste processo,

fazendo que todo o conjunto ferramental, F51, seja igual a etapa anterior. Esse conjunto

está apresentado na figura 3.15. Isso economiza o tempo de troca de ferramenta e permite

que o processo seja feito de maneira mais contínua.

Com a definição da profundidade de corte e da ferramenta, podemos selecionar os

parâmetros de corte, mostrados na tabela 3.28 e calcular os parâmetros calculados, na

tabela 3.29.


Passes: 2

Ferramenta: F51





Tabela 3.28: Etapa I - Parâmetros de Corte


I.1

23,13 1070 23,20 0,70 13 5

I.2

I.3

I.4

I.5

I.6

I.7

I.8

TOTAL 104 40

Tabela 3.29: Etapa I - Parâmetros Calculados

45

3.4.10 Etapa J - Torneamento Seção Cônica Superior

A etapa J é a última etapa de torneamento, pois é a etapa de acabamento externo

que remove o material restante após a etapa G. Como a área usinada é a mesma da etapa

G, a representação dessa etapa já foi apresentada na 3.20.

A etapa J é bastante similar a etapa D, da mesma maneira que a etapa G é similar a

etapa C. Sendo assim, alguma explicações serão suprimidas, por já terem sido apresenta-

das no delineamento da etapa D.

A estratégia, por exemplo, é a mesma das seções cônicas anteriores, com a usinagem

longitudinal por degraus. E o objetivo é a remoção dos degraus restantes após a etapa G.

Da mesma forma que feito na etapa D, aqui serão avaliados três cenários, com os mesmos

parâmetros de corte mas cada um removendo o material restante de cada um dos três

cenários da etapa G, G1, G2 e G3.

Assim como na etapa D, a profundidade de corte escolhida será de 0,4mm. A

ferramenta utilizada também será a mesma, a ferramenta F51, apresentada na figura 3.15.

O uso dessa ferramenta permite não somente a economia em novas ferramentas, mas

também a economia em tempos passivos, já que por ser a mesma usada no processo

anterior, a etapa I, não exige a troca de ferramentas entre as etapas. Na tabela 3.30 estão

representados os parâmetros de corte definidos a partir da escolha da ferramenta e da

profundidade de corte.


Ferramenta: F51





Tabela 3.30: Etapa J - Parâmetros de Corte

Da mesma forma que na etapa D, para os parâmetros calculados deve se calcular

os 3 cenários, para que seja possível uma avaliação conjunta da etapa de desbaste e da

etapa de acabamento, nesse caso etapa G e etapa J. A etapa J1 é continuação da etapa G1,

46

portanto, tem como objetivo reduzir os 7 degraus de 11,4mm e o último degrau de 6,1,mm

restantes. Para isso, serão necessários 211, que são mostrados na tabela 3.31.

Etapa l [mm] Dm [mm] N[rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]

J1.1 11,0 252,0 366

23,20 0,70

9,01 3

J1.2 10,6 251,2 367 9 3

J1.3 10,2 250,4 369 8 3

J1.4 9,8 249,6 370 8 3

... ...

J1.208 1,3 83,6 1104 0 0

J1.209 0,9 82,8 1115 0 0

J1.210 0,5 82,0 1126 0 0

J1.211 0,1 81,2 1137 0 0

TOTAL 642 248

Tabela 3.31: Etapa J1 - Parâmetros Calculados

Já os parâmetros calculados para os cenários J2 e J3 estão apresentados nas tabelas

3.32 e 3.33, respectivamente. Da mesma forma que na etapa D, na etapa J2, serão reali-

zados 192 passes, com o objetivo de remover os 13 degraus restantes de G2. Seguindo o

mesmo raciocínio, no cenário J3 serão realizados 187 passes, como continuação da etapa

G3, e removendo os 18 degraus de 4,2mm mais um último degrau, de 3,1mm.

47


J2.1 5,9 252,0 366

23,20 0,70

5 2

J2.2 5,5 251,2 367 4 2

J2.3 5,1 250,4 369 4 2

J2.4 4,7 249,6 370 4 1

... ...

J2.189 1,6 94,4 978 0 0

J2.190 1,2 93,6 986 0 0

J2.191 0,8 92,8 995 0 0

J2.192 0,4 92,0 1003 0 0

TOTAL 91,2 335 129



J3.1 3,8 252,0 366

23,20 0,70

3 1

J3.2 3,4 251,2 367 3 1

J3.3 3,0 250,4 369 2 1

J3.4 2,6 249,6 370 2 1

... ...

J3.184 1,5 98,4 938 0 0

J3.185 1,1 97,6 946 0 0

J3.186 0,7 96,8 954 0 0

J3.187 0,3 96,0 962 0 0

TOTAL 370,5 95,2 212 82


3.4.11 Etapa K - Fresamento dos Rasgos Superiores

A última etapa da fixação II é o fresamento dos rasgos superiores da peça. Ele é

realizado por último pois só pode ser realizado após o desbaste e o acabamento da seção

48

cônica superior. Além disso, como se trata de uma etapa de fresamento, ele é realizado

com uma ferramenta diferente do restante. Essa etapa está representada na figura 3.22.

Figura 3.22: Esquema de Usinagem da Etapa K

O objetivo dessa etapa é a fabricação dos quatro rasgos em rampa na parte superior

da peça. Como se trata de uma superfície inclinada, não é possível realizar essa etapa

com um fresamento de topo simples. A estratégia então é tratar essa etapa como um

fresamento de canto, com a ferramenta subindo verticalmente a cada sub etapa.

Para simplificação, as sub etapas não serão consideradas individualmente no estudo

da etapa, e será feita uma análise geral da etapa. Nesse sentido, a ferramenta escolhida é

do sistema CoroMill 390, assim como na etapa E. Porém, nessa etapa é necessário o uso

de uma fresa menor que a largura do rasgo, que é de 15mm. Portanto será escolhida uma

fresa de 12mm, com suporte R390-012A16-11L, e pastilha R390-11 T3 20E-MM. Esse

conjunto será chamado internamente de F77 e está apresentado na figura 3.23.

Como a fresa tem 12mm de diâmetro e a largura do rasgo é de 15mm, para cada

rasgo serão necessárias duas etapas, uma com 12mm de largura e a seguinte com 3mm

de largura. Serão totalizadas, então, 8 etapas. Cada uma dessas etapas etapas terá a pro-

fundidade vertical de 5mm, que é a profundidade do rasgo. Esses parâmetros e os outros

parâmetros relevantes selecionados estão apresentados na tabela 3.34 e os parâmetros cal-

culados a partir desses estão na tabela 3.35.

49

(a) Pastilha Selecionada (b) Fresa Selecionada



Passes: 8

Ferramenta: F77


Avanço por dente ( fz) [mm]: 0.13

Número de Dentes (Zc) [mm]: 1



Tabela 3.34: Etapa K - Parâmetros de Corte

50

Etapa l [mm] ae [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]

K.1

54,8

12

2000

24,83 0,81

8

3,3

K.2 3 6,21 0,20 0,8

K.3 12 24,83 0,81 3,3

K.4 3 6,21 0,20 0,8

K.5 12 24,83 0,81 3,3

K.6 3 6,21 0,20 0,8

K.7 12 24,83 0,81 3,3

K.8 3 6,21 0,20 0,8

TOTAL 64 16

Tabela 3.35: Etapa K - Parâmetros Calculados

3.4.12 Etapa L - Furação dos Furos Diagonais

Na última etapa da usinagem da peça é realizada a furação dos 88 furos diagonais.

Essa etapa deve ser realizada numa fixação diferente das anteriores, que permita a furação

vertical dos furos. Nessa fixação, a peça fica apoiada na sua seção cônica superior, per-

mitindo que os furos fiquem na vertical e o acesso da furadeira. Outra opção que poderia

ser explorada é o uso de uma máquina de cinco eixos.

O objetivo dessa etapa é a fabricação dos 88 furos, que estão dispostos em grupos

de quatro em 22 ângulos da circunferência. Para cada um dos 22 ângulos a peça deve ser

reposicionada e os quatro furos lineares devem ser feitos. Essa etapa está representada na

figura 3.24.

Os furos diagonais tem diâmetro de 10mm e profundidade de 100mm, exigindo o

uso de uma broca com razão de profundidade-diâmetro de 10 vezes. Foi escolhido o sis-

tema CoroDrill 870, que fornece uma broca com ponta intercambiável com as dimensões

necessárias, que permite a realização de cada um dos furos em um passe. O conjunto de

broca e ponta intercambiável será nomeado de F88 e está representado na figura 3.25.

Após a escolha da broca, podemos definir os parâmetros de corte e realizar os cálcu-

los necessários. Na tabela 3.36 estão apresentados os parâmetros selecionados e na tabela

51

Figura 3.24: Esquema de Usinagem da Etapa L

3.37 os parâmetros calculados para cada uma das 88 etapas e os valores totais da etapa.


Passes: 1

Ferramenta: F88

Diâmetro (Dc) [mm]: 10




Tabela 3.36: Etapa L - Parâmetros de Corte

52

(a) Ponta Selecionada (b) Broca Selecionada



L.1

100 1910 16,50 0,74 29 7,85

L.2

L.3

L.4

...

L.85

L.86

L.87

L.88

TOTAL 2.513 691,15

Tabela 3.37: Etapa L - Parâmetros Calculados

53

Capítulo 4

Análise dos Processos

Após o elaborado desenvolvimento feito nos capítulos anteriores, é necessário con-

solidar as informações levantadas numa etapa de análises, que é o objetivo deste capítulo.

Esse capítulo se divide em duas partes. Na primeira é feita uma análise geral, consoli-

dando as informações do capítulo 3 e analisando a viabilidade das operações propostas.

Já na segunda parte, é feita uma análise com o software CATIA. Nessa seção são

exploradas características do software, as suas potencialidades de uso e uma avaliação do

seu uso nesse trabalho.

4.1 Análise Simplificada

Nessa seção será feita uma análise simplificada do processo de produção. Aqui

serão consolidados os resultados obtidos no capítulo 3 no que diz respeito a viabilidade

das etapas e da visão geral do processo.

Na primeira seção, os cenários propostos para as etapas serão comparados em rela-

ção a sua viabilidade e eficiência e será feita a escolha entre esses cenários. Nessa seção

é feita também uma explicação rápida sobre a escolha das máquinas operatrizes.

Já na segunda seção, será feita uma análise econômica do processo, considerando

os tempos de usinagem e chegando ao tempo total de usinagem do processo. Nessa seção

é feita também uma comparação entre os tempos de usinagem de cada etapa, permitindo

comparar quais são as etapas que tem maior influência no aumento ou na redução do

tempo total de usinagem.

54

4.1.1 Avaliação dos cenários possíveis

Nesta seção iremos avaliar a viabilidade das etapas propostas na seção 3.4. A vi-

abilidade dessas etapas depende principalmente das ferramentas e da máquina operatriz.

Em relação a ferramenta, para uma etapa ser viável é necessário que existam ferramentas

capazes de acessar a área a ser usinada e alcançar os parâmetros de corte estabelecidos.

Como o delineamento das etapas, foi feito a todo tempo junto ao catálogo do fabri-

cante de ferramentas, essa viabilidade foi analisada durante o próprio delineamento das

etapas. Isso nos permite garantir a viabilidade das etapas em relação às ferramentas.

Entretanto, é necessário avaliar também a viabilidade dessas etapas em relação as

limitações da máquina operatriz. Nessa caso, os parâmetros a serem calculados são a

rotação e a potência de corte de cada uma das etapas. Esses valores devem então ser

comparados aos valores fornecidos pelas máquinas operatrizes.

Na tabela 4.1, estão os valores máximos de rotação e potência de corte para cada

uma das etapas. É importante pontuar que o valor da rotação pode variar entre os passes,

e portanto foi escolhido o maior valor entre os passes. Na tabela 4.1 estão listados os

diferentes cenários sugeridos na seção 3.4, para que possa ser feita a comparação entre

eles.

55

Descrição Etapa n (rpm) Pc (kW)

Torneamento Cilíndrico Externo A 363 1,74

Furação do Furo Central BB1 475 7,68

B2 915 3,69

Torneamento Seção Cônica Inferior C

C1 992 28,73

C2 1199 10,96

C3 889 10,84

Torneamento Seção Cônica Inferior D

D1 1199 0,70

D2 1199 0,70

D3 1199 0,70

Fresamento Rasgos Laterais E 573 1,66

Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada F 920 5,40

Torneamento Seção Cônica Superior G

G1 663 28,73

G2 814 10,96

G3 627 10,84

Torneamento Cilíndrico Furo H 1199 1,44

Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada I 1070 0,70

Torneamento Seção Cônica Superior J

J1 1137 0,70

J2 1003 0,70

J3 962 0,70

Fresamento Rasgos Superiores K 2000 0,81

Furação dos Furos Diagonais L 1910 0,74

Tabela 4.1: Rotação e Potência Líquida para todas as Etapas

Três máquinas operatrizes serão escolhidas como modelos para comparação dos

parâmetros, uma furadeira e um torno mecânico e uma fresadora. A furadeira escolhida

é a furadeira de bancada KA-70, do fabricante nacional KONE Indústria de Máquinas.

A fresadora é a freadora universal KFU-2/IMP, disponibilizada pelo mesmo fabricante.

As informações sobre essas máquinas estão no catálogo do fabricante [KONE, 2017],

disponível no site.

56

Já o torno escolhido é o Torno ES-40, do fabricante ROMI. As informações estão

no catálogo do fabricante [ROMI, 2017] que também está disponível no site. Na tabela

4.2 estão os valores de rotação e potência fornecido pelas duas máquinas.

Máquina Operatriz Modelo Rotação Fornecida Potência Fornecida

Furadeira KONI KA-70 1200 rpm 7,5 CV = 5,5 kW

Fresadora KFU-2/IMP 2030 rpm 4 CV = 2,9 kW

Torno ROMI ES-40 2360 rpm 15 CV = 11 kW

Tabela 4.2: Máquinas Operatrizes - Valores Fornecidos

De posse das tabelas 4.1 e 4.2 podemos fazer a avaliação da viabilidade das etapas

em relação às limitações das máquinas operatrizes e começar a escolha entre os diferentes

cenários. Comparando as duas tabelas, podemos perceber que todas as etapas são viáveis

e estão dentro dos limites da máquina operatriz, com exceção de B1, C1 e G1, onde

a potência líquida ultrapassa a potência fornecida e em L, onde a rotação ultrapassa os

limites fornecidos pela furadeira escolhida.

Nesses cenários, já eram esperados esses altos valores e por isso outros cenários

foram calculados. No caso da etapa B, fica claro que não é possível realizar a furação

em apenas um passe. Por mais que existam no mercado ferramentas capazes de realizar

esse procedimento, isso demandaria uma potência muito alta que não é fornecida pelas

furadeiras de bancada existentes hoje no mercado.

Torna-se claro também que a alternativa de reduzir a potência requerida através da

realização de um pré furo é eficaz e atinge o objetivo proposto, sendo viável operacional-

mente. Sendo assim, para essa etapa, o cenário a ser escolhido é o cenário B2, descrito

com profundidade na seção 3.4.2.

Nessa comparação, podemos ver também que a etapa L ultrapassa os valores de ro-

tação fornecidos. Para a etapa L não foram calculados outros cenários pois não é possível

uma variação que permita uma diminuição significativa da rotação. Como o diâmetro do

furo, portanto da broca, é muito baixo, para se manter uma velocidade razoável na ponta

de corte, a rotação deve ser alta, de fato.

Esse valor porém, não significa a inviabilidade da etapa, já que existem no mercado

57

furadeiras que fornecem a rotação esperada. As furadeiras do fabricante Kone, da linha

ZN, por exemplo fornecem essas velocidades. Porém, essas furadeiras não fornecem a po-

tência líquida necessária para a furação do furo central, portanto não foram selecionadas

nesse trabalho, mas podem ser utilizadas na fabricação da peça.

Dessa forma, vemos que os valores atingidos nessa etapa não são um limitante na

viabilidade da operação, mas exigem o uso de duas máquinas operatrizes diferentes para

as duas etapas de furação.

Além disso, comparando as duas tabelas, podemos ver também a impossibilidade

de realizar as etapas C e G através dos cenários C1 e G1. Devido aos altos valores de pro-

fundidade de corte, a potência requerida nesses cenários chega a quase 3 vezes a fornecida

pelas máquinas operatrizes. A solução para estas etapas é a adoção de um dos cenários

C2 ou C3 e G2 ou G3.

Para a escolha entre essas duas opções de cenário, podemos fazer uma comparação

do tempo de corte, que conforme mostrado na seção 2.1 é um parâmetro muito impor-

tante economicamente. Nessa comparação entre os tempos, é preciso comparar também

o tempo de corte da etapa de acabamento referente a esse processo, para que se possa

avaliar a usinagem daquele elemento como um todo.

Para essa avaliação conjunta das etapas de desbaste e acabamento, foram elaborados

os gráficos das figuras 4.1 e 4.2. Em cada uma das barras está representado o valor do

tempo de corte da etapa de desbaste (escuro) somado ao tempo de corte da etapa de

acabamento (claro).

Pelos gráficos, podemos perceber que em ambos os casos, o cenário 3 apresenta

menor valor total de tempo de corte. O cenário 3 é também aquele em que a velocidade

de corte é reduzida, buscando um aumento da vida útil da ferramenta. Combinando esses

dois aspectos, se justifica a escolha pelos cenários C3, D3, G3 e J3, para as respectivas

etapas.

4.1.2 Análise Econômica

Nessa seção será feita uma análise econômica da fabricação no que diz respeito ao

tempo de usinagem. Aqui será feito uma compilação dos tempos de corte de cada uma

das etapas e dos tempos passivos.

58

Figura 4.1: Comparação entre cenários - Seção Cônica Inferior

Figura 4.2: Comparação entre cenários - Seção Cônica Superior

Os tempos passivos são os tempos gastos durante o processo de usinagem, mas

que não são tempos em que se está ativamente se realizando a usinagem, no corte da

peça. Embora frequentemente esses tempos não sejam considerados, é importante sua

avaliação para entender de maneira mais verídica o processo de usinagem.

O tempo que a ferramenta se move em direção a peça, ou se afastando dela, por

exemplo, é um dos tempos passivos. Esse tempo será chamado aqui de tempo rápido, tr,

já que nesse tempo a ferramenta se move bem mais rápido do que quando está em corte.

Na tabela 4.3 estão descritos o tempo de corte total para cada etapa tc, o tempo

rápido tr e a soma dos dois, no tempo total de usinagem tu. Em cada etapa estão conside-

59

rados todos os passes realizados.

tc (s) tr (s) tu (s)

Etapa A 188 3 191

Etapa B 660 7 667

Etapa C 190 8 198

Etapa D 184 4 189

Etapa E 603 5 608

Etapa F 24 1 25

Etapa G 314 8 322

Etapa H 71 2 73

Etapa I 104 2 106

Etapa J 212 4 216

Etapa K 64 2 66

Etapa L 2513 22 2535

Total 5197 s = 86,6 min

Tabela 4.3: Tempo de Usinagem para cada Etapa

Já na figura 4.3 está a representação gráfica dos dados da terceira coluna da tabela

4.3 bem como a porcentagem do tempo total gasto em cada etapa. Essa figura permite a

comparação do tempo de usinagem gasto em cada etapa, o que é uma informação bastante

importante na otimização dessa usinagem. Através dela é possível perceber quais são as

etapas que mais consomem tempo no processo.

Na figura 4.3 podemos ver claramente que a etapa que consome mais tempo é a

etapa L, de furação dos furos diagonais, consumindo quase 50% do tempo total de usi-

nagem. Isso é especialmente crítico considerando que não se trata da etapa com maior

remoção de material.

Esse tempo é tão alto pois devido ao pequeno diâmetro da broca, a velocidade de

corte deve ser baixa, para manter a rotação da broca dentro de valores aceitáveis. Além

disso, por se tratarem de 88 furos, o consumo de tempo é bem alto. É importante pontuar

também que esse tempo ainda não conta o tempo de posicionamento da peça, que deve ser

realizado 22 vezes durante esse tempo, o que faz com que essa etapa seja extremamente

60

Figura 4.3: Tempo de Usinagem para cada Etapa

crítica para o processo.

Além da etapa L, as etapas que mais consomem tempo são as etapas de maior ro-

bustez e maior retirada de material, que são as etapas de usinagem do furo central e das

seções cônicas. Portanto, são essas três etapas que devem ser otimizadas, seja através do

ajuste dos parâmetros de corte ou através do uso de outros processos de fabricação.

Outra análise importante a ser desenvolvida nesta seção é o tempo total de produção.

Esse tempo não é mesmo que o tempo total de usinagem calculado na tabela 4.3 porque

esse valor ainda não considera boa parte dos tempos passivos necessários.

Além do tempo de aproximação e afastamento da ferramenta, outro tempo passivo

é o tempo total de fixação e retirada da peça, que nesse processo é realizada no começo

e no final e também quando se muda a fixação da peça, entre as etapas E e F e entre K

e L. Além disso, o tempo de preparo da máquina, o tempo que se leva para posicionar

a origem e definir os parâmetros também deve ser considerado quando se está avaliando

um ambiente de produção.

Por último, deve ser considerado o tempo de troca de ferramentas, tanto devido a

mudança de ferramentas entre uma etapa e outra quanto devido aos fim da vida útil de uma

61

ferramenta. Uma descrição mais extensa dos tempos de usinagem e a melhor maneira de

calcula-los está presente em [Diniz et al., 2008].

Na tabela 4.4 estão presentes todos os tempos passivos considerados, assim como as

estimativa que foi feita para cada um deles. Nessa tabela também consta o valor de todos

os tempos somados, chegando ao tempo total de usinagem. O tempo total de usinagem

é o tempo total que se leva para realizar a produção dessa peça, portanto é um valor de

grande importância.

Tempo (min)

Tempo de Corte: 85,5

Tempo de Movimentação da Ferramenta: 1,1

Tempo Total de Fixação e Retirada da Peça (estimado): 20,0

Tempo de Preparo da Máquina (estimado): 10,0

Tempo Total de Troca de Ferramenta (estimado): 15,0

Tempo Total de Usinagem: 131,6

Tabela 4.4: Tempo Total de Produção

É importante pontuar que de posse de mais elementos seria possível fazer uma ava-

liação mais precisa do tempo total de usinagem. Com a quantidade de peças produzidas

por lote, por exemplo, o tempo de preparo da máquina seria dividido por essa quantidade,

diminuindo o tempo total.

Já com o valor da vida útil da ferramenta para cada etapa, poderia ser feito uma

estimativa mais precisa do tempo de troca de ferramenta. Poderia ser feita também uma

análise sobre os custos do processo de produção, considerando quantas ferramentas são

gastas para fabricação de uma peça, entre outros. Porém, conforme explicado de maneira

mais profunda na seção 2.2 não é possível, neste trabalho, fazer uma avaliação quantitativa

da vida da ferramenta.

4.2 Simulação com CATIA

Nessa seção, serão abordados tópicos a respeito da simulação do processo de fa-

bricação com o uso do software CATIA. O CATIA é um software da empresa Dassault

62

Systèmes usado para desenho assistido por computador (CAD), manufatura auxiliada por

computador (CAM) e engenharia assistida por computador (CAE).

A escolha desse software para realizar as simulações em CAM foi por se tratar de

um software novo, com muitas capacidades e que ainda não tem seu uso muito difundido

no Brasil e na UFRJ. O uso desse software me permitiu grande aprendizado e contribuição

a minha formação e a deu a possibilidade de uso do software para outros alunos do curso

e do laboratório.

Nesse trabalho, o CATIA foi usado principalmente nas sua possibilidade de CAM,

pois permite uma boa simulação dos processos de usinagem. Através desse software é

possível realizar várias etapas do planejamento da fabricação, como a escolha das ferra-

mentas, o desenho da geometria da ferramenta e a definição dos parâmetros de corte.

Além disso, juntando as funcionalidades de CAD e CAM, é possível fazer o dese-

nho da peça e simular seu encaixe na máquina operatriz e a realização dos processos de

usinagem. Nas figura 4.4 e 4.5 é possível ver a máquina operatriz no software e o en-

caixe da peça na máquina. Essa simulação gráfica permite fácil visualização das etapas,

permitindo um entendimento rápido das alternativas de fabricação.

Figura 4.4: Visulização da Máquina Operatriz - CATIA

A comparação entre diferentes estratégias, por exemplo, é feita de maneira muito rá-

pida, alterando apenas um parâmetro no programa. Na figura 4.6, por exemplo, podemos

ver uma tela de funcionamento do programa, com a simulação do caminho da ferramenta

63

Figura 4.5: Visualização do acoplamento da peça na máquina - CATIA

na etapa F3, em amarelo.

Outra potencialidade importante do uso do software é o cálculo dos tempos de usi-

nagem. Para as etapas simuladas, são contabilizados os tempos de usinagem, incluindo o

tempo de corte e os tempos passivos. O software permite, inclusive, uma avaliação muito

mais precisa dos tempos passivos, pois calcula os tempos para cada movimentação da

ferramenta.

É possível também parametrizar o software de maneira a considerar o tempo de vida

da ferramenta, dessa forma, indicando em que etapa da fabricação a ferramenta deve ser

substituída. Além disso, é possível, numa aplicação mais complexa, avaliar os possíveis

choques entre a máquina e a peça, ou entre a peça e a ferramenta. Isso permite uma

consideração bem precisa da viabilidade do processo e das estratégias de usinagem.

O software porém deixa a desejar na sua abrangência de uso e dificuldade de domí-

nio. O software funciona de maneira pouco intuitiva, principalmente na funcionalidade

de CAM e existe pouco material disponível para aprendizado, principalmente para as ver-

sões mais novas. Sendo assim, o aprendizado do software se torna muito mais lento e as

possibilidades de uso cotidiano também.

Neste trabalho, o uso do software foi principalmente na visualização dos processos,

tanto para um entendimento melhor do processo, como também para apresentação desse

processo para outros. Para este objetivo, foram geradas animações para visualização do

64

Figura 4.6: Visualização da tela de funcionamento do software - CATIA

processo. A figura 4.7 é um exemplo de como essa simulação é apresentada, com o

resultado de cada etapa sendo apresentado em uma cor. Na figura em questão, a etapa E

está representada em verde e a etapa F em azul.

De uma maneira geral o software permitiu uma nova abordagem do problema e a

representação gráfica das etapas. Mesmo não sendo usado em seu potencial máximo, já

que algumas possibilidades do seu uso não foram feitas nesse trabalho, seu uso significou

um avanço de qualidade no trabalho.

65

Figura 4.7: Simulação da fixação II - CATIA

66

Capítulo 5

Conclusões

Neste trabalho, procurou-se fazer um projeto de fabricação da coluna perfurada de

uma centrífuga, avaliando os processos de fabricação e fazendo uma análise completa dos

processos escolhidos. O objetivo, de avaliar a viabilidade da fabricação da coluna e fazer

uma proposta de fabricação para o fabricante, a empresa CENTRIFUGAR, foi atingido.

No início do trabalho foi possível fazer uma exploração do contexto teórico, de-

senvolvendo as formas a serem usadas e os conceitos mais complexos. Em seguida, foi

feita uma proposta de fabricação, considerando diversos processos de fabricação e, para

a usinagem, foi feito o delineamento de cada etapa. O delineamento foi feito de forma

bem completa e explicativa, não somente com o objetivo de obter os resultados finais mas

também de servir de orientação para trabalhos semelhantes no futuro.

Ao final foi feita uma análise das informações levantadas, com comparação e esco-

lha entre cenários e o uso de do Software CATIA para demonstrações mais claras. Foi

feita a comparação entre cenários de usinagem para três etapas, avaliando potência reque-

rida, rotação e tempo de usinagem, fazendo por fim a escolha de um cenário viável e mais

eficiente.

Foi realizado também o cálculo do tempo de usinagem de cada uma das etapas, ob-

tendo tanto o tempo de corte total, em 85,5 min e o tempo total de usinagem, considerando

os tempos passivos, de 131,6 min.

Com a avaliação do tempo de usinagem de cada uma das etapas. foi possível com-

parar as etapas em relação ao tempo consumido. A conclusão alcançada é que a etapa

que mais consome tempo é a furação dos furos diagonais, que consome cerca de 50% do

67

tempo total de usinagem da peça. Em comparação, as etapas de maior retirada de material,

os desbastes da seções cônicas superior e inferior e a furação do furo central consomem,

respectivamente, 6,2%, 3,8% e 12,8%. Essa análise nos permite avaliar aonde é mais

necessária a otimização do projeto com o objetivo de uma fabricação mais eficiente.

O resultado do delineamento das etapas e das análises foi uma proposta de fabri-

cação bastante aprofundada e completa que permite ao fabricante avançar no projeto de

produção de uma nova centrífuga, com inovações para o mercado.

Além disso, esse trabalho foi também uma etapa muito importante na minha forma-

ção, permitindo que eu realizasse um projeto do início ao fim, desde a definição do tema

até às considerações finais. O trabalho me permitiu também grande aprendizado sobre

usinagem dos materiais e sobre o desenvolvimento de um projeto de fabricação e todas as

suas etapas.

5.1 Trabalhos Futuros

Embora os objetivos desse trabalho tenham sido alcançados, ainda existem aspectos

que podem ser trabalhados mais a fundo em trabalhos futuros. Pode ser feito uma ava-

liação mais profunda das etapas de fresamento, considerando mais a fundo a viabilidade

e alternativas dentro dessas etapas. Além disso, pode se realizar também uma avaliação

mais extensa da etapa de furação dos furos diagonais, buscando uma otimização dessa

etapa que é uma das que mais consome tempo e recursos.

Um trabalho futuro poderia também abordar de maneira mais profunda a utilização

de outros processos de fabricação, tais como fundição, como processo parcial de fabri-

cação e como manufatura aditiva, tanto para prototipagem quanto para produção. Essa

abordagem, se feita de maneira quantitativa poderia reduzir os custos de produção e oti-

mizar o projeto da fabricação.

Além disso, seria de grande utilidade para completar esse trabalho, que fosse feita

uma avaliação quantitativa da vida da ferramenta para cada etapa. Com essa avaliação

seria possível otimizar o delineamento das etapas, considerando as trocas de ferramentas

devido à falhas por desgaste.

Pode ser feito também um uso mais extenso de um software de CAM, o CATIA, ou

68

outro, similar, permitindo a simulação de todas as etapas e uma comparação pontual de

cada uma das etapas.

69

Referências Bibliográficas

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purificação de óleos navais.

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70

Documents

ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA COLUNA …monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10024077.pdf · considerando diversos processos de fabricação e, para a usinagem, foi