Forças e Potencias de Corte

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SEM534 Processos de Fabricao MecnicaProfessor - Renato G. Jasinevicius

Aula: Foras e Potncias de Corte

FORAS E POTNCIAS DE CORTE

Fora de usinagem Fu a fora total que atua sobre uma cunha cortante durante a usinagem

Componentes da fora de usinagem esto contidas :No plano de trabalho;No plano efetivo de referncia.

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ngulo de contato o ou () - ngulo central formado pelos raios que ligam o centro da fresa com os pontos onde o dente penetra e sai do material em usinagem.

Espessura do cavaco h - medida sempre na direo radial e varia de zero a um valor mximo hmax

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Foras de Usinagem

A fora de usinagem (Fu) decomposta em uma componente que est no plano de trabalho:

Fora ativa (Ft): a projeo da fora de usinagem Fu sobre o plano de trabalho.

E em uma componente perpendicular ao plano de trabalho chamada de Fora passiva ou fora de profundidade

Fora passiva (Fp): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo perpendicular a direo de avano, situada no plano de trabalho.

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Foras de Usinagem

As componentes da Fora Ativa contribuem para a potncia de usinagem, pois esto no plano de trabalho:

Fora de corte (Fc): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo do corte (dada pela velocidade de corte).

Fora de avano (Ff): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo do avano.

Fora de apoio (Fap): a projeo da fora de usinagem Fusobre a direo perpendicular a direo de avano, situada no plano de trabalho.

Foras de Usinagem

Entre a fora ativa Ft, a fora de apoio Fap e a fora de avano Ffvale a relao

(1)Logo,

(2)

22fapt FFF +=

22ftap FFF =

5

Foras de Usinagem

Para ngulo * da direo do avano = 90o Fap = Fc

(3)

(4)

* NGULO ENTRE A DIREO DE CORTE E DIREO DE AVANO

22fct FFF +=

22ftc FFF =

Foras de Usinagem

Fora efetiva de corte Fe: a projeo da fora de usinagem Fu sobre a direo efetiva de corte.

Fora Passiva ou de profundidade (Fp): a projeo da fora de usinagem Fu sobre a direo efetiva de corte. (no contribui para Potncia)

(5)

Substituindo Ft pelo seu valor dado na eq. 1 temos(6)

Somente nos casos de = 90o (p.e., torneamento)vale a relao

22tfp FFF =

( )222 fapup FFFF +=

6

Foras de Usinagem

Somente nos casos de = 90o (p.e., torneamento)vale a relao

(7)

Fora de compresso Fn: a projeo da fora de usinagem Fu sobre uma direo perpendicular superfcie principal de corte.

* Importncia do estudo do comportamento das foras passivas estrelacionada a resposta elstica do material da pea e da ferramenta durante o corte e isso pode implicar na dificuldade de obteno de tolerncias de forma e dimenso apertadas

( )222 fcup FFFF +=

Foras de Usinagem

A fora de usinagem depende de diversos Fatores: Material da pea rea da seo de corte Espessura de corte h Geometria da ferramenta e ngulo de posio Estado de afiao da ferramenta Material da ferramenta Lubrificao Velocidade de corte

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Potncia de Corte

Potncia de Corte Pc o produto da fora de corte com a velocidade de corte v (Figura)

Para Fc e v em mm/min tem-se

(CV- cavalo vapor) (8)

Potncia de avano Pa o produto da fora de avano com a velocidade de avano va (Figura)

(CV) (9)

7560

=vFP cc

75601000

= aaavFP

Potncia de Corte

Potncia efetiva de corte Pe: o produto da fora efetiva de corte Fe pela velocidade efetiva de corte ve (Figura). portanto igual soma das potncias de corte e avano

Pe = Pc + Pa (10)

Para Fe em kg* e ve em m/min tem-se(11)

7560

= eeevFP

8

Potncia de Corte

Relao entre a potncia de corte e de avano (de 8 e 9)

(12)

Torneamento: Para operao de torneamento resulta :

onde d = dimetro da pea, em mmf = avano, em mm/voltan = rotao, em r.p.m.

nfnd

FF

PP

a

c

a

c

=

vaFvF

PP

a

c

a

c

=1000

Potncia de Corte

Aproximadamente tem-se no torneamento Fc 4.5 Fa e tomando-se por exemplo d = 50 mm e f = 1mm/volta resulta

(13)

Observao:Foras so calculadas em daN1 CV ~ 0,746 kw

7701505,4

a

c

PP

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Potncia de Corte

Fresamento: Na operao de fresamento com fresas cilndricas tangenciais temos aproximadamente as relaes mdias

Fa 1.2 Fcva 5 v

Substituindo em (12) tem-se

(14)170

51

2,111000

a

c

PP

Potncia de Corte

Potncia fornecida pelo motor

(16)

onde o rendimento da mquina operatriz, igual a 60 a 80%.No caso de haver um motor para cada movimento, o clculo

parcelado das potncias fornecidas pelos motores pode ser realizado com um rendimento maior.

Variao das componentes da fora de usinagem com as condies de trabalho

c

mPP =

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CLCULO DA PRESSO ESPECFICA DE CORTE

Taylor:

para FoFo cinzento

para FoFo branco

para ao doce

07.025.0

88apf

ks =

07.025.0

138apf

ks =

07.0

200f

ks =


ASME

ondeCa = constante do materialf = avanon = 0.2 para ao e 0.3 para ferro fundido

Tabela V.3 p. 176-177 (ao rpido-18% W, 4% Cr, 1% V) . Para = 60o = 8o e = 6o .

na

s fC

k =

11


ASME

ondeCa = constante do materialf = avanon = 0.2 para ao e 0.3 para ferro fundido

Tabela V.3 p. 176-177 (ao rpido-18% W, 4% Cr, 1% V) . Para = 60o = 8o e = 6o .

na

s fC

k =


AWF

onde Cw = constante do materialf = avano

Tabela V.3 para = 45o

477.0fC

k ws =

12


KORNENBERG

G = ap/f = ndice de esbeltezs= rea da seo de corteC, Cks, ps, qs, gs e fs so constantes que dependem do material da pea e da ferramentaGrficos 5.27 (p.180), 5.28(p.181), 5.29 (p.181) e 5.30 (p.182) FERRARESI - fornecem os valores de Cks, F1 e F2 para aos e ferros fundidos

fs

gs

ks

qspss s

GC

apfCk

=

= 5


KORNENBERG

Grficos 5.27 (p.180), 5.28(p.181), 5.29 (p.181) e 5.30 (p.182) FERRARESI - fornecem os valores de Cks, F1 e F2 SEGUNDO AS SEGUINTES FRMULAS:

AO FoFo

)1(1

fssF =gsGF

=

52

)803.0(1 sF =

160.0

2 5

=

GF

863.01 sF =

120.0

2 5

=

GF

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Kienzle

A Tabela V4 apresenta os valores de ks1 e 1-z dos materiais ensaiados por Kienzle.

bhkbhkF zssc ==1

1


Ferramenta afiada (para ferramentas com desgaste, no fim da vida, considerar um aumento de ks1 at 30%)

14590-42835Usinagem de ferro fundido

14590-46795Usinagem de ao

r(mm)

()()()()()()Geometria da ferramenta

As condies de ensaio foram as seguintes:

Velocidade de corte variando de 90 a 125 m/minEspessura de corte variando de 0.1 a 1.4 mm (extrapolao permissvel at h = 0.05 mm e h = 2.5 mm)Ferramenta de MD sem fluido de corte

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Foras na Furao

Sistema de Foras em Broca Helicoidais

Usando a Frmula de Kienzle para a determinao do Momento Torsor na furao em cheio

D = Dimetro da Broca [mm]

F = avano [mm/volta]

C1, x1 e y1 = constantes empricas do material da pea.

( )

( )

( )sen4senKC

fDCsenfsen4

DKM

2Dsenf

sen2DK

2DhbkapFcM

z11s

1

1y1x1

z12

1st

z11s

z11st

=

=

=

=

===


Usando a Frmula de Kienzle para a determinao do Momento Torsor na furao em cheio




( )

( )

( )sen4senKC

fDCsenfsen4

DKM

2Dsenf

sen2DK

2DhbkapFcM

z11s

1

1y1x1

z12

1st

z11s

z11st

=

=

=

=

===

Foras na Furao

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Formula de Kronemberg para a determinao do Momento Torsor na furao em cheio




111

yxt fDCM =

Foras na Furao

Sistema de Foras em Broca Helicoidais11

1yx

t fDCM =

0,702,3310,9 0,8VS600,782,1326,2 0,8VND0,721,7748,6 1,2VM200,771,9746,8 0,9521000,771,8737,9 0,610250,772,0121,9 0,310550,832,0524,3 0,910650,762,2215,1 0,410200,862,0530,2 0,51085

y1x1C1Ao

Foras na Furao

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4500VFPc

1000nDV

eD

M2F

Porm

PP

cc

c

maxtmaxc

mcdisp

=

=

=

=

Fora mxima de corte em furao

Foras na Furao

Exemplo Numrico:

Pretende-se tornear um eixo de ao ABNT 1035, de dimetro 100 mm, profundidade de usinagem ap = 4 mm, avano f = 0,56 mm/rev, rotao n = 320 rpm. Para tanto empregou-se uma ferramenta de metal duro P20 de caractersticas geomtricas = 60, = 6 , = 15 , = 0o, r = 0,5 mm.

Calcular a fora e a potncia de corte segundo:

a) ASME, b) AWF, c) Kronemberg e d) Kienzle

Foras de Corte Exerccios

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Exemplo

Exemplo

18

Exemplo

Exemplo

19

Simuladores disponveis

O uso do simulador livre. Basta acess-lo no site da TaeguTec (www.taegutec.com.br), na barra superior da pgina (Potncia de Corte). Tambm est disponvel o Manual do Usurio em portugus (no campo Novidades Manual Simulaes de Potncia).

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Forças e Potencias de Corte