Relatório Usinagem - Torneamento

8/18/2019 Relatório Usinagem - Torneamento

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1. OBJETIVOS

O principal objetivo da prática é avaliar e relatar o torneamento de uma

peça, descrevendo as operações do processo e discutir como estas influenciam

nos parâmetros metrológicos finais obtidos, tais como tolerâncias dimensionais,geométricas e estado de superfície especificadas.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

A prática foi dividida em duas partes: na primeira foi feito o torneamento

de uma peça e na segunda foram feitas diversas análises metrológicas de outras

peças. As partes serão tratadas separadamente.

2.1. Torneamento

Os materiais utilizados na primeira parte da prática foram:

Torno mecânico ROMI TORMAX 330A;

Ferramenta para torneamento;

Ferramenta para corte;

Ferramenta para furar;

Ferramenta para sangramento

Ferramenta para roscamento;

Ferramenta para recartilhamento;

Paquímetro;

Barra cilíndrica de Aço ABNT 1020 com dimensões iniciais de Ø32mm x

103mm;

Escantilhão de 60º.


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Figura 1 – Ferramentas usadas na prática de torneamento

Primeiramente, o técnico do laboratório apresentou o torno que seria

utilizado e suas funções, como as velocidades e rotações por minuto; os

movimentos fundamentais da máquina, como seria feita a fixação da peça; a

função de alguns elementos (cabeçote, contra-ponto, carro porta-ferramenta,

etc); as ferramentas que seriam utilizadas, mostradas na Figura 1, e a uma peça

que demonstrava como a barra cilíndrica deveria ficar após ser usinada,

mostrada na Figura 2.

Figura 2 – Peça ao final das operações de usinagem


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Concluídas as apresentações do equipamento, foi iniciado o processo de

usinagem. A barra foi fixada à placa universal de três castanhas, fez-se um

faceamento na superfície e, com um furo de centro, determinou-se a centragem

da mesma. Nesse furo é que foi fixado o contra-ponto, de forma que a peça

ficasse apoiada firmemente e não se deslocasse, como mostrado na Figura 3.

Figura 3 – Contraponto utilizado na prática de torneamento

Foram feitos diversos processos para obter a geometria final da peça,

mostrada na Figura 4, sendo eles especificados na Tabela 1.

Tabela 1 – Especificações técnicas das operações de usinagem

OperaçãoRotação do motor

(rpm)Avanço (mm/rot)

Faceamento 710 0,6

Torneamento externo de

desbaste e acabamento 710 0,6

Recartilhamento 71 0,6

Roscamento externo 71 1,5

Furação de centro 950 0,6

Chanframento 710 0,6

Sangramento radial 710 0,6

Torneamento cônico

externo. 710 0,6


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Figura 4 –

Projeto da peça, contendo tolerâncias dimensionais e acabamento superficial

A ordem e os parâmetros de corte estão especificados na folha de

processo no item 4.1. deste relatório. Após cada operação, as medidas das

dimensões eram feitas com paquímetro. O escantilhão foi utilizado para medir o

ângulo da rosca, que deveria ser de 60º. Durante todo o processo, um fluido de

corte foi utilizado, sendo este chamado de óleo de refrigeração (1/40 água).

É válido ressaltar que apenas a ferramenta utilizada para o faceamentoera de metal duro, sendo todas as outras feitas de aço rápido.

2.2. Metrologia

Nesta parte da prática foram avaliadas as medidas das peças usinadas

em relação à sua precisão e se estas estavam dentro das especificadas em

projeto.O cálculo do erro e do desvio padrão, a discussão e a proposição de

melhorias de todas as análises metrológicas expostas do item 2.2.1. ao 2.2.4.

estão contidas na seção 4.2. deste relatório. É válido ressaltar que cada medida

utilizada corresponde a um grupo diferente, sendo os resultados obtidos

referentes ao dia que a prática foi realizada.

A peça utilizada como referência para os itens 2.2.1., 2.2.2. e 2.2.3. está

exposta na Figura 5.


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Figura 5 –

Peça referência para os itens 2.2.1., 2.2.2. e 2.2.3.

2.2.1. Projetor de perfil

O projetor de perfil tem como finalidade, avaliar perfis de várias formas,

formas quadradas, retangulares, trapezoidais (como dentes de engrenagens),

circulares (diâmetros), cônicas, etc.

Ele permite projetar em sua tela a imagem ampliada da peça. A ampliação

da peça acontece devido ao jogo de luz criado pelo equipamento. A tela possui

gravadas duas linhas perpendiculares, que são utilizadas como referência nas

medições. O projetor possui uma mesa de coordenadas móvel com dois

cabeçotes micrométricos, ou duas escalas lineares, posicionados a 90º são

essenciais na medição: o movimento das mesas que proporciona a leitura das

medições. O projetor de perfil com a peça projetada utilizado na prática está

exposto na Figura 6.


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Figura 6 – Projetor de perfil e peça projetada utilizados na prática

Na prática o projetor de perfil foi utilizado para medir o passo da rosca, a

profundidade e o ângulo do filete da rosca. Para medir um ângulo, foi selecionado

um ponto da peça criando uma primeira linha e um outro ponto criando uma

segunda linha, tendo assim o ângulo maior e o menor.

No caso do passo da rosca, a intersecção das duas linhas foi alinhada

com uma das extremidades superiores da rosca. Após feito esse alinhamento, omedidor foi zerado e as placas foram movidas até o outro filete, criando a medida

do passo. O mesmo procedimento foi utilizado para medir a profundidade do

filete.


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2.2.2. Microscópio de Oficina

O microscópio de oficina é um equipamento que, assim como o projetor

de perfil, foi utilizado para caracterizar as peças usinadas.

Este funcionava como um microscópio normal, ampliando o perfil da peça

em questão. Entretanto, ele continha em suas lentes uma escala comparativa

com diversos tamanhos milimétricos de diâmetros de circunferências. Esses

diâmetros foram utilizados para comparar o diâmetro do canal de saída do

rebolo, sendo este indicado

2.2.3. Mesa entre pontos

Os relógios comparadores ou apalpadores são instrumentos de precisão

de grande sensibilidade, utilizados tanto na verificação de medidas, superfícies

planas, concentricidade e paralelismo para leituras diretas. Eles transformam um

pequeno deslocamento captado por um sensor de medição em um

deslocamento amplificado de um ponteiro, que possa ser lido num mostrador

digital. Este sistema, embora tenha um campo de medição restrito, alcança uma

precisão de até 0,001mm.

Os valores são indicados por intermédio de um ponteiro colocado no

centro do mostrador, que está dividido em 100 partes. O ponteiro indica valores

de 1 em 1 centésimo, completando 1 mm por volta. Dependendo do lado para

qual o ponteiro gira, é possível saber se a superfície está mais alta ou mais baixa

que a posição zero.

O processo de medição foi feito para:

Batida radial (µm) do diâmetro Ø36mm;

Batida axial (µm) para o detalhe A;

Coaxialidade (µm) para os diâmetros [Ø25(1) x Ø25(2)] mm.

Primeiramente o relógio foi fixado sobre uma peça de granito metrológica

plana e este foi zerado fazendo mostrador girar até a coincidência com o zero da

escala.


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Depois de zerar a leitura do relógio, este foi colocado em contato com a

peça e esta foi girada radialmente. Foram anotados os valores máximo e mínimo

medidos e a diferença no diâmetro (Δd) foi anotada. O mesmo procedimento foi

feito para o batimento axial do detalhe A. A Figura 7 mostra a medição da batida

axial.

Figura 7 – Aparelho utilizado na prática

Já para medir a coaxilidade dos diâmetros, foram utilizados dois relógios

fixados num aparelho, sendo que cada relógio estava medindo um dos

diâmetros, como mostrado na Figura 8.

Figura 8 – Medição de coaxilidade dos diâmetros


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Ambos foram zerados através do mesmo procedimento de batimento.

Quatro marcações perpendiculares entre si foram feitas na face da peça, que era

girada até atingir uma marcação. Quando a peça atingia a marcação, era feita a

leitura dos relógios, comparando a diferença entre elas e calculando Δd. Esse

procedimento foi repetido para as quatro marcações, sendo a maior diferença

registrada utilizada para realizar o cálculo de erro e as discussões.

2.2.4. Rugosímetro

Para realização desta demonstração foram utilizados os seguintes

materiais:

Rugosímetro portátil digital (mostrado nas Figuras 9);

Peça usinada de aço inoxidável;

Peça usinada de alumínio.

Figura 9 – Rugosímetro utilizado na prática


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Nesta parte da prática foram determinados os desvios microgeométricos

existentes na superfície dos materiais que passaram por algum processo de

usinagem. Para realização do experimento de medição de rugosidade utilizamos

um rugosímetro em conjunto com os blocos padrões das peças, como mostrado

na Figura 10. Foram feitas medidas para os parâmetros de amplitude (Ra) e (Rt)

e parâmetro de espaçamento (Sm).

Figura 10 – Rugosímetro fazendo a medição na peça

A geometria das peças de aço e alumínio são mostradas na Figura 11 e

as condições de usinagem das partes da peça estão na Tabela 2, sendo estasas mesmas para ambas as peças.

Figura 11 – Geometria da peça utilizada na medição de rugosidade


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Tabela 2 – Condições de usinagem das partes da peça

Parte Avanço (mm/rot)

A 0,050

B 0,075C 0,100

D 0,150

As peças foram usinadas utilizando a rotação n=1400rpm, a profundidade

de usinagem ap=0,5mm e o raio da ponta da ferramenta rc = 0,4mm.

O cut-off utilizado foi de 0.8µm para todas as medidas feitas. Foram feitas

as medições com o rugosímetro para as partes A, B, C e D mostradas na figura

JODSHUIDH da peça e o aparelho disponibilizava, depois de alguns segundos,

o valor dos parâmetros a serem medidos. Este procedimento foi realizado para

ambas peças.

As peças também foram submetidas a uma perfilometria ótica, cujo

resultados estão contidos no Anexo A.


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3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Folha de processo

A folha de processo do torneamento realizado na prática.

Nº Máquina Operação Desenho

10-Torno

Paralelo

Fixar uma face da barra

cilíndrica de 100mm de

comprimento por 31 de

diâmetro; facear a face

livre, e fazer a furação

de centro.

20-Torno

Paralelo

Fixar a peça com o

auxílio do contraponto

no furo de centro, e

realizar torneamento

externo de 31mm para

29, com avanço de

45mm.

30-Torno

Paralelo

Com a peça fixada e

apoiada no contraponto,

tornear externo, de

29mm para 25, com

avanço de 20mm. Fazer

chanfros de 1x45º, na

face livre, e em

comprimento de 45mm

a partir da face livre.


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40-Torno

Paralelo



realizar sangramento no

diâmetro de 25mm,

para 23mm, com

espessura de 1,5mm,

em comprimento de 8,5

e 18,5 mm, a partir da

face livre

50-Torno

Paralelo



realizar roscamento

externo (com passo de

1,5 mm), partindo do

chanfro da face livre, e

avançando 7,5mm no

comprimento da peça.

60-Torno

Paralelo

Soltar a peça do torno,

e fixá-la na outra face

com contraponto.

Facear a face livre.

Tornear o externo de

31mm para 27mm, com

avanço de 35mm apartir da face livre, e

fazer chanfro de 1x45º

a 35mm da face livre.


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70-

Torno

Paralelo



fazer recartilha reta de

1,0mm, usando aferramenta de

recartilhamento sobre o

diâmetro de 31mm.

80-Torno

Paralelo



realizar torneamento

cônico externo de 20º,com avanço de 10mm a

partir da face livre da

peça, de modo que o

diâmetro dessa face

resulte em 19,72mm.

A geometria da peça ao final de todas essas operações está contida na

Figura 12.

Figura 12 - Peça final, cotada, com tolerâncias geométricas e dimensional


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3.2. Metrologia

Nesta parte são discutidos os valores obtidos para as medidas obtidas na

prática.

3.2.1. Projetor de perfil

Os dados obtidos para o projetor de perfil seguem na Tabela 3.

Tabela 3 – Valores de média e desvio padrão para o projetor de perfil

PROJETOR DE PERFIL

Rosca M25 x 1,5mm e inclinação do cone de 30°

Medida Passo (mm)Profundidade do

filete (mm) Ângulo do filete (°)

1 1,46 0,6 64,28

2 1,5 0,76 63,1

3 1,48 0,75 60,52

4 1,5 0,75 58,38

Média 1,48500000 0,715000000 61,57

Desvio 0,016583124 0,066520673 2,289301203

3.2.2. Microscópio de oficina

Os dados obtidos para o microscópio de oficina seguem na Tabela 4.

Tabela 3 – Valores de média e desvio padrão para o microscópio de oficina

MICROSCÓPIO DEOFICINA

Canal de saída do rebolo

Medida Raio (mm)

1 1,5

2 1,5

3 1,5

4 1,5

Média 1,5

Desvio 0


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3.2.3. Mesa entre pontos

Os dados obtidos para a mesa entre pontos seguem na Tabela 5.

Tabela 5 – Valores de média e desvio padrão para a mesa entre pontos

MESA ENTRE PONTOS

Batimento radial, axial e coaxilidade

Medida Batida radial (µm) (Ø36mm)

Batida axial (µm)(Detalhe A)

Coaxilidade (µm) [Ø25(1)x Ø 25(2)]

1 150 40 70

2 130 60 70

3 160 60 70

4 140 50 70

Média 145 52,5 70

Desvio 11,18033989 8,291561976 0

3.2.4. Rugosímetro portátil digital

Os dados obtidos para o parâmetro de amplitude Ra seguem na Tabela 6.

Tabela 6 – Valores de média e desvio padrão para o parâmetro de amplitude Ra

RUGOSÍMETRO PORTÁTIL DIGITAL

Parâmetro de Amplitude Ra

Medida Corpo A (µm) Corpo B (µm) Corpo C (µm) Corpo D (µm)

Aço 0,6 0,8 1,2 2

0,6 0,8 1,2 2

0,6 0,8 1,2 2

0,6 1 1,4 2

Média 0,6 0,85 1,25 2Desvio 0 0,08660254 0,08660254 0

Alumínio 0,6 1,2 1,4 2

0,6 1 1,4 2

0,6 1 1,4 2

0,6 1 1,4 2

Média 0,6 1,05 1,4 2

Desvio 0 0,08660254 0 0


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Os dados obtidos para o parâmetro de amplitude Rt seguem na Tabela 7.

Tabela 7 – Valores de média e desvio padrão para o parâmetro de amplitude Rt


Parâmetro de Amplitude Rt Medida Corpo A (µm) Corpo B (µm) Corpo C (µm) Corpo D (µm)

Aço 6 6 6 9

4 5 7 9

7 6 8 9

5 7 6 9

Média 5,5 6 6,75 9

Desvio 1,118033989 0,707106781 0,829156198 0

Alumínio 6 7 9 9

4 6 7 9

4 6 7 9

5 7 8 9

Média 4,75 6,5 7,75 9

Desvio 0,829156198 0,5 0,829156198 0

Os dados obtidos para o parâmetro de espaçamento Sm seguem na Tabela 8.

Tabela 8 – Valores de média e desvio padrão para o parâmetro de espaçamento Sm


Parâmetro de Espaçamento Sm

Medida Corpo A (µm) Corpo B (µm) Corpo C (µm) Corpo D (µm)

Aço 146 83 109 162

115 83 108 163

114 87 112 163

113 89 112 163Média 122 85,5 110,25 162,75

Desvio 13,87443693 2,598076211 1,785357107 0,433012702

Alumínio 145 92 108 162

126 83 114 162

130 81 109 163

120 85 109 163

Média 130,25 85,25 110 162,5

Desvio 9,229707471 4,145780988 2,34520788 0,5


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3.3. Discussão sobre os erros de medida

Erros e imperfeições nas peças produzidas têm início no processo de

fabricação e variam com: o maquinário utilizado; o operador; o material utilizado

nas ferramentas de corte e na peça; a utilização ou não de lubrificantes; avelocidade de corte e avanço da ferramenta, etc. No caso dessa prática, um fator

de suma importância é o tempo muito curto no qual a peça foi feita.

O primeiro fator que deve ser destacado é o torno utilizado. O equipamento

é um torno mecânico e possui erros associados a possíveis folgas nos diversos

sistemas existentes na máquina. Por exemplo, no sistema de fixação da peça.

Um possível "jogo" no eixo árvore, mesmo que muito pequeno, pode também

causar pequenas alterações quanto à qualidade da peça final quando

comparada com o projeto. Assim, pode-se generalizar esses fatores para as

outras dezenas de partes do torno; se qualquer uma delas possuir um pequeno

desajuste, - e esse desajuste sempre existe - a peça final será afetada, mesmo

que isso não a "mate" (inutilize a peça por erros maiores que os tolerados nas

especificações de projeto).

O segundo fator que deve ser mencionado dentro dos erros associados ao

processo de fabricação é o operador do torno. Nessa prática observou-se que

diversas medidas obtidas na peça resultaram de um julgamento visual, portanto

subjetivo, do operador do torno. Com o auxílio de um paquímetro, o operador

decidia quando parar o avanço da máquina e também utilizava esse instrumento

de medida para conferir os diâmetros da peça.

O material da peça e das ferramentas de corte, o líquido de lubrificação e

as velocidades de corte e avanço da ferramenta não serão levados em

consideração quanto a fatores que desencadeiam desvios de tolerância tanto

geométrica quanto dimensional, pois tais fatores não ocasionaram diferenças

entre os grupos, tendo sido estes constantes em todas as peças usinadas.

Outro fator que pode gerar um conflito entre as reais medidas da peça

final e as medidas de projeto são os erros associados a medições realizadas

depois que a peça já está pronta, como erros de paralaxe, inexperiência dos

integrantes do grupo para utilizar os equipamentos de medição, diferentes


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regiões da peça onde são realizadas as medições por batimento, e superfícies

de análise do rugosímetro digital utilizado.

Os erros de paralaxe, que são os erros associados às diferentes posições

as quais o observador adota em relação ao instrumento de medida e que podem

gerar diferentes valores para cada integrante do grupo, fazem com que os

valores aferidos nas medições sejam subjetivos e não tenham alta precisão,

erros de paralaxe foram os principais causadores dos erros das medidas feita

pelo projetor de perfil e pelo microscópio de oficina, mas está sempre presente

em todas as medições, principalmente quando são utilizados mostradores

analógicos. Outro tipo de erro causado por conta do operador do instrumento de

medida é justamento o uso incorreto desse aparato, pois nem todos integrantes

do grupo têm a mesma experiência para manusear e fazer a devida leitura de

micrômetros e paquímetros. Em decorrência disso, ocorrem desvios nos valores

finais das medições.

Quanto aos erros durante as medidas de batimento o principal fator que

interfere se deve à escolha do local a ser realizada a aferição. Portanto, o

resultado das medições sempre depende de onde o operador posiciona o

apalpador. Como cada operador pode escolher uma posição diferente, os

valores obtidos dificilmente tendem a serem iguais, tanto nas aferições do

batimento radial, quanto no batimento axial e no de coaxialidade.

Erros associados às medições de rugosidade estão intimamente ligados à

escolha de que parte da superfície o operador do rugosímetro apoia o

instrumento para efetuar as medições, pois como em outros sistemas de

medições, cada operador pode escolher um ponto diferente para o qual o

rugosímetro inicia a medição.

Além disso, no dado ponto de escolha do operador, a superfície da peçapode tanto ser regular, como conter qualquer imperfeição, tais como

sobressaltos ou vacâncias, ou simplesmente marcações do passo da ferramenta

sobre a superfície da peça, conforme mostrou os resultados obtidos através das

medições realizadas com o perfilômetro óptico.

Outro ponto no qual a aferiação de medida do rugosímetro pode sofrer

variação em relação à medida real, se deve a um possível problema estrutural

do próprio instrumento de medida, dado que, um pouco antes do apalpador quetoca a peça ser analisado, existe, no rugosímetro, uma região esférica que às


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vezes toca a peça e acaba levantando a ponta do sistema, ocasionando um pico

na medição do rugosímetro por conta de uma espécie de alavanca que é gerada.

Tais erros acima citados são mais claramente perceptíveis quando

realizadas medições de rugosidade num perfilômetro óptico. De acordo com as

medidas obtidas nesse instrumento, notou-se que para o aço inox – que é o

material do qual a peça foi torneada- em avanços pequenos, a rugosidade média

(Ra), é pequena, podendo ter valor menor que 500nm.

Nota-se também que nesse caso, as marcas do passo da ferramenta

sobre a superfície são visíveis, bem como alguns pontos de irregularidades tais

como sobressaltos ou vales. À medida que se aumenta o valor do avanço, a

rugosidade sofre aumento gradual – quanto maior o avanço, maior o aumento

dos valores da rugosidade – bem como um aumento gradual dos valores médios

das amplitudes entre os picos e vales, além de que as irregularidades

observadas num avanço mínimo, não são mais quase visíveis. Ou seja,

conforme ocorre aumento do avanço, menor quantidade de marcas de passo da

ferramenta sobre a superfície haverá, entretanto apresentará amplitudes médias

maiores em relação a avanços inferiores.

3.3.1. Perfilômetria óptica

Os resultados da perfilômetria ótipca (Anexo A) para a liga de alumínio,

usinada sob os mesmos valores de avanço submetidos ao aço inox, para efeito

de comparação entre os materiais. Para o menor valor de avanço observado

(0,05mmrev) a rugosidade média obtida foi cerca de 150nm maior em relação à

aferição do aço inox, sendo visível porém uma homogeinidade maior, tendo uma

superfície mais próxima do zero da escala do medidor (caracterizado pela maiorhomogeinidade da cor azul na superfície do material), o que demonstra haver

poucos sobressaltos e poucas profundidades mais acentuadas na superfície em

análise.

Conforme foi-se aumentando gradativamente o valor do avanço, foi-

se proporcionalmente observando-se com maior nitidez as marcas

provenientes do passo da ferramenta sobre a superfície, como também ogradativo aumento nos valores médios das amplitudes dos picos.


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Portanto, quando em avanços maiores, os valores obtidos para a liga de Al

e para o aço inox, se equiparam. Já quando se têm avanços menores, nota-se

menores valores de rugosidade por parte do aço inox, pois quando material

apresenta menor relação entre módulo elástico e dureza, sob pequenos

avanços, há menor chance de ocorrer remoção de material por deformação da

superfície ao invés de cisalhamento puro, de modo que resulta em menores

valores de rugosidade. Isso é válido para pequenos valores de avanço pois

nessa condição a espessura nominal de usinagem é próxima de seu valor crítico.

E um maior número de irregularidades visíveis na imagem do perfilômetro

quanto ao aço inox, deve-se ao fato de o aço conter mais defeitos, inclusões e

vazios - em geral - do que uma liga de Al.


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4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O torneamento é um processo de fabricação amplamente utilizados nas

industrias no dia de hoje, tanto no setor automobilístico, metalúrgico, setor

plástico (usinagem de moldes) e vários outros setores. Seu processo dá umótimo acabamento na confecção de peças cilíndricas e cônicas, com diâmetros

e geometrias variáveis. Isso é possível devido ao fato do torno possuir várias

funções, tais como: furação, torneamento de rosca, corte, faceamento,

sangramento, entre outros.

Nos processos de usinagem, alguns fatores interferem diretamente nos

resultados das medições aferidas na peça final. Esses fatores são diversos e

podem ser ou não prejudiciais ao funcionamento da peça quando integrada a um

mecanismo.

Para diminuir os erros associados o processo de usinagem feito na

prática, mais tempo para realizar o torneamento e uma máquina mais precisa,

como as CNC, diminuiriam esses problemas, especialmente em relação àquelas

medidas obtidas que reprovariam o lote da peça.


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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Notas de aula – Professores Alessandro Roger e Renato Jasinevicius.

SEM0560.


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ANEXO A


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Documents

Relatório Usinagem - Torneamento