UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA LABORATÓRIO DE AUTOMAÇÃO EM USINAGEM APOSTILA ENG03343 –PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM Prof. André João de Souza Porto Alegre, 2016 1 1. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA E DO CONTEÚDO 1.1. Dados de Identificação A disciplina obrigatória do curso de Engenharia Mecânica (ENG03343) PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM é semestral, de 60 horas (ou 4 créditos), divididas em: CH coletiva (55 h), CH autônoma (3 h) e CH individual (2 h). Aconselha-se para esta disciplina a Etapa 7. Os pré-requisitos são as disciplinas obrigatórias (ENG02002) MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA I-B – Etapa 5 e (ENG03350) PRÁTICA DE OFICINA A – Etapa 6. A ENG03343 é pré-requisito para a disciplina obrigatória (ENG03324) COMPONENTES MECÂNICOS I – Etapa 8. A ENG03343 também é pré-requisito para as disciplinas eletivas que complementam o assunto abordado: (ENG03082) MONITORAMENTO DE PROCESSOS DE USINAGEM – Etapa 8; (ENG03387) SISTEMAS DE FABRICAÇÃO – Etapa 9; (ENG03386) FABRICAÇÃO AUXILIADA POR COMPUTADOR – Etapa 10. 1.2. Súmula Definições e classificações dos processos. Caracterização dos parâmetros de entrada: material e geometria da peça; material e geometria da ferramenta; máquinas operatrizes e parâmetros de corte; meios lubrirrefrigerantes. Análise dos parâmetros de saída: formação do cavaco; força, potência e vibração em usinagem; temperatura na região de corte; falhas na ferramenta de corte; acabamento da superfície usinada. Estudo dos principais processos de usinagem (generalidades, ferramentas, máquinas, operações): torneamento, furação, fresamento e retificação. 1.3. Objetivos, Metodologia e Experiências de Aprendizagem Proporcionar ao discente os conhecimentos fundamentais sobre a usinagem dos materiais, suas características, classificação e aplicações, dentro do contexto global de processos de fabricação. Desenvolver o conteúdo programático através de aulas teórico-expositivas verbais, práticas interativas em laboratório e apresentação de vídeos. Realizar atividades em sala e/ou em laboratório envolvendo aulas práticas interativas, resoluções de problemas, estudos de casos, discussões de temas atuais e provas escritas individuais. 1.4. Critérios de Avaliação A Média Final (MF), arredondada em frações de meio ponto (0,5), é calculada a partir de três provas individuais (P1, P2 e P3) cujas notas são arredondadas em frações de um décimo (0,1): MF = 0,3P1 + 0,3P2 + 0,4P3 Onde: P1 e P2: provas sem consulta com questões objetivas e/ou dissertativas; P3: prova com consulta envolvendo problemas numéricos (cálculos). Prof. André João de Souza 2 Assiduidade (presença), resoluções de problemas, pesquisa bibliográfica, estudo de caso etc. que envolvam a participação do aluno poderão gerar até 1 (um) ponto-extra sobre a nota de cada prova. A frequência (chamada) pode ocorrer a qualquer momento da aula e será averiguada a cada período de 100 minutos. 1.4.1. Conceito Se Frequência < 75%: aluno reprovado por Falta de Frequência (FF) – independente da MF. Se Frequência 75% e: Se (MF 6,0): desempenho satisfatório – aluno aprovado com conceito “A” ou “B” ou “C”. Se (MF < 6,0): desempenho insatisfatório – aluno em Recuperação. O Conceito Final é baseado na Média Final (MF) como se segue: A (ótimo) = | 10 | 9,5 | 9,0 | B (bom) = | 8,5 | 8,0 | 7,5 | C (regular) = | 7,0 | 6,5 | 6,0 | Recuperação = 5,5 para menos 1.4.2. Recuperação A Prova de Recuperação (PR), arredondada em fração de meio ponto (0,5), é aplicada ao final do semestre e envolve todo o Conteúdo Programático. A PR é uma prova sem consulta com questões objetivas e/ou dissertativas que é OBRIGATÓRIA aos discentes com MF < 6,0 e OPTATIVA aos alunos com MF 6,0. Os alunos com MF 6,0 só terão o direito de realizar a PR se assim solicitarem previamente por e- mail. A Nota Final (NF) é calculada a partir da Média Final (MF) e da Prova de Recuperação (PR), cujas notas são arredondadas em frações de meio ponto (0,5): NF = 0,4MF + 0,6PR O Novo Conceito Final passa a ser calculado pela maior nota obtida dentre MF e NF: A (ótimo) = | 10 | 9,5 | 9,0 | B (bom) = | 8,5 | 8,0 | 7,5 | C (regular) = | 7,0 | 6,5 | 6,0 | D (insatisfatório) = 5,5 para menos 1.5. Dados Complementares Avisos, apostila, links úteis e outras informações: http://chasqueweb.ufrgs.br/~ajsouza. 3 2. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM 2.1. Introdução Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de processos. A ideia de fabricar teve início a milhares de anos, quando o homem pré-histórico percebeu que, para sobreviver, precisava de algo mais que pernas e braços para poder se defender e caçar. Sua inteligência logo o ensinou que se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe seria mais forte, e se a pedra tivesse um cabo esse golpe seria mais forte ainda. Se essa pedra fosse afiada poderia cortar a caça e ajudar a raspar a peles dos animais. Foi a partir da necessidade de se fabricar um machado que o homem desenvolveu as operações de desbastar, cortar e furar. Já há aproximadamente 12 a 50 mil anos o homem estava em condições de produzir ferramentas de pedras com arestas de corte (gumes) afiadas por lascamento, como nos mostram achados arqueológicos da idade da pedra (Fig. 2.1). Figura 2.1 - Ferramentas de pedra lascada. Para ter uma ideia do número de fatores que devem ser considerados num processo de fabricação veja, por exemplo, a produção de um simples artigo: o clipe. Primeiro ele deve ser projetado para atender o requisito funcional que é segurar folhas de papéis juntas. Para tanto, ele deve exercer uma força suficiente para evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Eles são, geralmente, feitos de arame de aço, embora hoje se encontre no mercado clipe de plástico. O comprimento do arame requerido para sua fabricação é cortado e então dobrado várias vezes, para dar a forma final própria. Por sua vez, o arame é feito por um processo de trefilação a frio. Neste processo a seção transversal de uma haste longa é reduzida, ao passar por uma matriz de fieira, que também confere algumas propriedades mecânicas ao material, como resistência e dureza. A haste por sua vez, é obtida por processos como a trefilação e a extrusão de um lingote. Para evitar delongas, nenhuma informação quanto ao processo de obtenção deste lingote será abordada. A fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de um material adequado e de um método de fabricação para atender os requisitos de serviço do artigo. As seleções são feitas não somente com base em requisitos técnicos, mas também com base nas considerações econômicas, minimizando os custos para que o produto possa ser competitivo no mercado. Prof. André João de Souza 4 O projetista de produtos ou engenheiro projetista especifica as formas, dimensões, aparência, e o material a ser usado no produto. Primeiro são feitos os protótipos do produto. Neste estágio, é possível fazer modificações, tanto no projeto original como no material selecionado, se análises técnicas e/ou econômicas assim indicarem. Um método apropriado é então escolhido pelo engenheiro de fabricação. A Figura 2.2 mostra um procedimento correto para se chegar à etapa de fabricação. Figura 2.2 - Diagrama mostrando o procedimento requerido para o projeto de um produto, que são etapas que antecedem a fabricação. Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para a utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: pode-se fundir; soldar; utilizar a metalurgia em pó; ou usinar o metal a fim de obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se escolhe um processo de fabricação. Como por exemplo: forma e dimensão da peça; material a ser empregado e suas propriedades; quantidade de peças a serem produzidas; tolerâncias e acabamento superficial requerido; custo total do processamento. A Fundição é um processo de fabricação sempre inicial, pois precedem importantes processos de fabricação como usinagem, soldagem e conformação mecânica. Esses utilizam produtos semiacabados (barras, chapas, perfis, tubos, etc.) como matéria prima que advém do processo de fundição. Podem-se dividir os processos de fabricação de metais e ligas metálicas em: os com remoção de cavaco, e os sem remoção de cavaco. A Figura 2.3 mostra a classificação dos processos de fabricação, destacando as principais operações de usinagem. Processos de usinagem envolvem operações de corte que permitem remover excessos de um material bruto com auxílio de uma ferramenta até que este resulte em uma peça pronta que, posteriormente, irá compor algum engenho mecânico que, por sua vez, farão parte de bens duráveis. o acabamento. uma bibliografia especializada pode-se definir usinagem de forma mais abrangente: “Usinagem é o processo de remoção de material que ao conferir à peça a forma. compreende os processos de fabricação com remoção de cavaco com ferramenta de geometria definida. 5 Nestas operações de corte são geradas aparas que se costumam chamar de cavacos. porém. E por cavaco entende-se: . produz cavaco”. Uma simples definição de operação de usinagem pode ser tirada da Figura 2. que se caracteriza pela aplicação de ferramentas com características geometricamente definidas. ou ainda a combinação qualquer destes itens. distinguem-se duas grandes classes de trabalho: as operações de usinagem e as operações de conformação. Consultando. invariavelmente. Figura 2. Assim. as dimensões. implicam na geração de cavacos. No estudo das operações dos metais. processos de usinagem.3 – Classificação dos processos de fabricação.3 como sendo processo de fabricação com remoção de material em forma de cavaco. Um subgrupo da norma DIN 8580 sob o termo separar. ou o acabamento específico. 2. forjados ou pré-moldados em perfis desejados. a usinagem é usada para converter blocos (tarugos) metálicos fundidos. brunimento. .ex.1. principalmente por cisalhamento. Logo. ou ainda qualquer combinação destes três bens. dobra e curvatura de chapas. transformando em cavacos algo em torno de 10% de toda a produção de metais. a aresta postiça de corte (adesão de material na superfície de saída da ferramenta) a craterização (desgaste de cratera na superfície de saída da ferramenta) e a formação periódica do cavaco (dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte). pois agrega valor ao produto final. Como operação de conformação entende-se aquela que visa conferir à peça a forma ou as dimensões. furação. não geram marcas-padrão na superfície da peça e a taxa volumétrica de remoção de material é muito menor que a dos processos convencionais – ex. A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular do mundo. Classificação quanto ao processo de remoção de material O processo de remoção por usinagem pode ser dividido em duas grandes categorias: Processos convencionais. este conjunto de processos é um dos mais importantes do sistema de manufatura. furação e retificação. lapidação. essa operação é comumente estudada no grupo de operações de conformação dos metais. Além desta característica. de acordo com as necessidades do projeto. fresamento. em que as operações se utilizam de outros tipos de energia de usinagem (p.: laser (radiação).2.6 “Cavaco é a porção de material da peça de forma geométrica irregular retirada pela ferramenta de corte durante a usinagem”.ex. muitas vezes com grande precisão. Devido ao fato da operação de corte em chapas estar ligada aos processos de estampagem profunda.ex. Processos especiais (não convencionais). através da deformação plástica do metal. torneamento.2. Classificação quanto à geometria da ferramenta de corte Os processos convencionais de usinagem ainda podem ser subdivididos em duas classes: Operações de corte com ferramentas de geometria definida (arestas cortantes com formato e com tamanho conhecidos) – p. retificação. tais como o fator de recalque (relacionado com a deformação do material). Na maioria das aplicações industriais. Quase todos os produtos manufaturados possuem componentes que precisam ser usinados. Classificação dos Processos de Usinagem 2. com tamanho e acabamento específicos. 2.: torneamento. eletroerosão (elétrons) e plasma (gases quentes). e empregando dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo. em que as operações de corte empregam energia mecânica na remoção do material.2. estão envolvidos no mecanismo da formação do cavaco alguns fenômenos particulares.2. Operações de corte com ferramentas de geometria não definida (partículas abrasivas com formatos aleatórios e compostas por arestas minúsculas de corte) – p. no contato físico da ferramenta com a peça – ex. termelétrica). ou um acabamento especificado. 7 2. o detalhamento das operações de corte e a seleção de diferentes parâmetros do processo. O avanço e a geometria da ferramenta influem na rugosidade gerada na superfície usinada. condições de corte.3. As decisões a tomar envolvem a escolha do processo de usinagem. Com base na teoria de usinagem pode-se dizer que existem limites mínimo e máximo para os valores de profundidade de corte. matéria-prima. valores altos: desgaste de cratera. trajetórias das ferramentas. Depende da disponibilidade de: Peça. O operador pode limitar por prática os valores de avanço. avanço e velocidade de corte.3. 2. Tecnologia. às dimensões etc. baixa: aresta postiça de corte. Planejamento de Processos O planejamento de processos é um procedimento de tomada de decisões com o objetivo de obter um plano de processo econômico. em que a usinagem é destinada a obter na peça as dimensões finais. em que a usinagem. As restrições devem ser tecnológicas e independentes da sequência escolhida de processos de usinagem. Velocidade de corte alta: desgaste por difusão.2. máxima produtividade. anterior a de acabamento. Os limites podem ser estimados com base no material a ser usinado na ferramenta. Deve-se considerar a rugosidade e as tolerâncias dimensionais e geométricas relacionadas ao processo e aos máximos valores de avanço e profundidade de corte. Operações de acabamento. tamanho do lote (quantidade). tratamentos térmicos e superficiais. . tolerâncias dimensionais e geométricas. tipo de fixação e localização. Valores baixos de avanço e profundidade: retorno elástico ou abrasivo. ou ambos. mínimo custo. tais como: máquina-ferramenta. Os parâmetros a serem considerados são: geometria da peça. ferramentas de corte. Velocidade de corte acima de um determinado limite altera o mecanismo de desgaste da ferramenta. As dimensões da ferramenta limitam a profundidade de corte. à geometria. as operações de usinagem podem ser classificadas em: Operações de desbaste. Alguns pesquisadores consideram os valores máximos de velocidade e profundidade de corte dependentes do material. visando sempre maximizar a taxa de retorno com: máxima produção. Ferramentas de corte. profundidade e velocidade de corte. Restrições relativas ao material. Os critérios de otimização devem ser econômicos. visa obter na peça a forma e dimensões próximas das finais. máquinas-ferramentas e operações de corte. acabamento. Usuário/operador. O processo de usinagem gera esforços dinâmicos que excitam a estrutura da máquina e a peça usinada como resultado em algumas situações a superfície pode ficar ondulada ou com marcas. Máquinas-ferramentas. Classificação quanto à finalidade da operação de corte Quanto à finalidade. 8 . interno). (b) cônico externo. cônico (externo. Torneamento retilíneo.2. (c) curvilíneo. sangramento radial) ou de perfil (radial ou axial). Aplainamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas. interno.1 – Alguns processos de torneamento: (a) cilíndrico externo. DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS PROCESSOS DE USINAGEM 3. No caso de possuir uma única superfície de saída. O torneamento retilíneo pode ser: cilíndrico (externo. Torneamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes1. a ferramenta é chamada ferramenta monocortante.1. quando possuir mais de uma superfície de saída. é chamada ferramenta multicortante. 3. (e) cônico interno. Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea.1. o torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo (Fig. a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o referido eixo. radial (faceamento. sangramento axial). Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Definida 3. O aplainamento pode ser horizontal ou 1 Denomina-se ferramenta de usinagem mecânica a ferramenta destinada à remoção de cavaco. 9 3. Para tanto. André João de Souza .1. Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória curvilínea. Prof.1. Torneamento curvilíneo. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 3. 3. Quanto à forma da trajetória. (f) sangramento radial. (d) cilíndrico interno.1). geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. cônico) (Fig.4). (b) escareamento. Trepanação. Furação em cheio. Para tanto. Quanto à finalidade. Processo destinado à obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros. cônico) ou acabamento (cilíndrico. (a) (b) (c) Figura 3. na forma de cavaco. . Alargamento Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos. 3.3. Furação escalonada. No caso de furos de grande profundidade há necessidade de ferramenta especial. Processo em que apenas uma parte de material compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco. com auxílio de ferramenta geralmente multicortante. 3. Escareamento.4.2). O alargamento pode ser de desbaste (cilíndrico. 3.1. (c) de rasgos de chaveta. as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste a aplainamento de acabamento (Fig. (b) de perfis. coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. permanecendo um núcleo maciço. removendo todo o material compreendido no volume do furo final. coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. 3. Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça. com auxílio de uma ferramenta geralmente multicortante.3): (a) (b) (c) (d) Figura 3. simultaneamente.3 – Alguns processos de furação: (a) em cheio.2 – Alguns processos de aplainamento: (a) de superfícies*. a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea. (d) de centro. Processo destinado à obtenção de furos-guia na peça visando operação posterior.1. A furação subdivide-se nas operações (Fig. Para tanto. Furação Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça.10 vertical. a ferramenta ou a peça giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea. Processo destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça previamente furada. 3. Furação de centros. (c) escalonada. (d) cônico de acabamento.1. Mandrilamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias ferramentas de barra. cônico e de superfícies especiais (p. 3.1.4 – Alguns processos de alargamento: (a) cilíndrico de desbaste*.6 – Alguns processos de mandrilamento: (a) cilíndrico*. Para tanto. (c) cônico. as operações de mandrilamento podem ser classificadas ainda em desbaste e acabamento (Fig. de escareamento. 11 (a) (b) (c) (d) Figura 3. (c) cônico de desbaste. 3.5 – Alguns processos de rebaixamento. Fresamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes.6. sangramento etc.). Rebaixamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de um furo. 3. . a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam 2 As operações indicadas nas figuras são denominadas por alguns autores. Para tanto. radial. (b) cilíndrico de acabamento.6). a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea.5)2.7. (a) (b) (c) Figura 3.ex. esférico. Para tanto. Figura 3. 3. a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se deslocam simultaneamente segundo uma trajetória determinada.5. coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta (Fig. 3. Quanto à finalidade. (b) radial.1. O mandrilamento pode ser cilíndrico. 3. de ferramentas multicortantes de pequena espessura. (c) cilíndrico tangencial discordante. (d) frontal. Há casos que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente. a ferramenta gira ou se desloca. . Fresamento cilíndrico tangencial. (b) cilíndrico tangencial concordante.12 segundo uma trajetória qualquer. (e) frontal de canal com fresa de topo.7 – Alguns processos de fresamento: (a) cilíndrico tangencial.8 – Alguns processos de serramento: (a) alternativo*. (c) circular. Serramento Processo mecânico de usinagem destinado ao secionamento ou recorte com auxílio. Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de rotação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça. Fresamento frontal. Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana paralela ao eixo de rotação da ferramenta. será considerado um processo especial de fresamento tangencial. Serramento retilíneo. 3. Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta. ou executa ambos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. Distinguem-se dois tipos básicos de fresamento: tangencial e frontal. (a) (b) (c) Figura 3. (b) contínuo.7). Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea com movimento alternativo ou não (contínuo).8). 3. podendo haver ou não predominância de um sobre outro (Fig. contínuo) e circular (Fig. Para tanto.1. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 3.8. (f) composto. O serramento pode ser retilíneo (alternativo. 13 Serramento circular. Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a peça ou ferramenta se desloca. 3.1.9. Brochamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se deslocam em trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. O brochamento pode ser interno ou externo (Fig. 3.9). (a) (b) Figura 3.9 – Processos de brochamento: (a) interno*; (b) externo. 3.1.10. Roscamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de filetes, por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para tanto, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. O roscamento pode ser interno ou externo (Fig. 3.10). (a) (b) (c) Figura 3.10 – Alguns processos de roscamento: (a) externo com ferramenta de perfil único; (b) interno com ferramenta de perfil múltiplo; (c) interno com macho*. 3.2. Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Não-Definida 3.2.1. Retificação Processo de usinagem destinado à obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de revolução. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se desloca segundo uma trajetória determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação pode ser tangencial ou frontal (Fig. 3.11). Retificação tangencial. Processo de retificação executado com a superfície de revolução da ferramenta. Pode ser: cilíndrica (externa ou interna, de revolução ou não, com diferentes avanços da ferramenta ou da peça); cônica (externa ou interna, com diferentes avanços da ferramenta ou da peça); de perfis; plana; sem centros (com avanço longitudinal da peça ou radial do rebolo). 14 Retificação frontal. Processo de retificação executado com a face do rebolo. É geralmente executada na superfície plana da peça, perpendicularmente ao eixo do rebolo. A retificação frontal pode ser com avanço retilíneo ou circular da peça. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 3.11 – Alguns processos de retificação: (a) cilíndrica externa com avanço longitudinal; (b) tangencial plana; (c) frontal com avanço retilíneo da peça; (d) cônica externa com avanço longitudinal; (e) cilíndrica interna com avanço longitudinal; (f) cilíndrica sem centros com avanço longitudinal contínuo da peça. 3.2.2. Brunimento Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução, no qual todos os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se desloca axialmente com movimento alternativo (Fig. 3.12). Figura 3.12 – Processo de brunimento. 3.2.3. Lapidação Processo mecânico de usinagem por abrasão, executado com abrasivo aplicado por porta- ferramenta adequado, com objetivo de se obter dimensões especificadas da peça (Fig. 3.13). 3.2.4. Polimento Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco ou conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas (Fig. 3.14). 15 Figura 3.13 – Processo de lapidação. Figura 3.14 – Processo de polimento. 3.2.5. Superacabamento Processo mecânico de usinagem por abrasão, empregado no acabamento de peças, no qual os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça. Para tanto, a peça gira lentamente e, a ferramenta se desloca com movimento alternativo de pequena amplitude e frequência relativamente grande. O processo pode ser cilíndrico (Fig. 3.15a) ou plano (Fig. 3.15b). (a) (b) Figura 3.15 – Usinagem de superacabamento: (a) cilíndrico*; (b) plano. 3.2.6. Espelhamento Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento final da peça por meio de abrasivos, associados a um dispositivo porta-ferramenta específico para cada tipo de operação, com o fim de se obter uma superfície especular (Fig. 3.16). Figura 3.16 – Usinagem de espelhamento 16 3.2.7. Lixamento Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo aderido a uma tela e movimentado com pressão contra a peça (Fig. 3.17). 3.2.8. Jateamento Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são submetidas a um jato abrasivo, para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento (Fig. 3.18). Figura 3.17 – Processo de lixação com fita abrasiva. Figura 3.18 – Processo de jateamento. 3.2.9. Limagem Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo. O primeiro se dá por lima de segmentos em forma de fita (Fig. 3.19) e o segundo através de ferramenta manual*. 3.2.10. Tamboreamento Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no interior de um tambor rotativo, juntamente ou não com materiais especiais, para serem rebarbadas ou receberem um acabamento. A Figura 3.20 esquematiza o processo. Figura 3.19 – Processo de limagem contínua. Figura 3.20 – Processo de tamboreamento. 3.2.11. Afiação Processo mecânico de usinagem por abrasão, no qual é dado o acabamento das superfícies da cunha cortante da ferramenta, com o fim de habilitá-la desempenhar sua função. Desta forma, são obtidos os 17 ângulos finais da ferramenta. A Figura 3.21 mostra o processo de afiação de uma ferramenta (bit) de aço- rápido utilizando um esmeril (pedra abrasiva). Figura 3.21 – Processo de afiação 3.3. Processos Não-Convencionais de Usinagem 3.3.1. Usinagem por ultrassom Processo de usinagem não convencional que utiliza energia mecânica na remoção de material em que a erosão é o mecanismo principal. A remoção consiste na utilização de frequências ultrassônicas na usinagem de materiais. Essa técnica tomou novo impulso a partir dos anos 80 devido ao seu desempenho na usinagem de cerâmicas avançadas. Esses materiais, devido às propriedades mecânicas como elevada dureza e fragilidade, mostram-se muito difíceis de serem usinados por técnicas convencionais de usinagem. Em relação aos outros processos não tradicionais de usinagem a vantagem principal é a preservação da integridade superficial do material usinado. O princípio do processo de usinagem por ultrassom baseia-se na transformação de um sinal elétrico em vibrações mecânicas de mesma frequência. Este sinal elétrico deve ser de alta frequência, situado na faixa dos 20 kHz. As vibrações produzidas por um transdutor têm sua amplitude amplificada por um amplificador mecânico e transmitida a uma ferramenta de forma através do sonotrodo (Fig. 3.22). Figura 3.22 – Esquema da usinagem por ultrassom. 3.3.2. Usinagem por jato d’água Este processo enquadra-se no grupo de remoção mecânica, onde a força de impacto exercida por um jato de água em alta pressão na superfície de contato do material supera a tensão de compressão entre segundo um perfil apresentado por uma ferramenta (eletrodo).4. Usinagem eletroquímica Este é um processo não convencional muito importante e relativamente novo (década de 90) no qual o principal objetivo é a remoção de material empregando um eletrólito e corrente elétrica contínua para ionizar e remover porções metálicas da peça-obra. Figura 3.23 – Esquema de uma instalação de corte por jato d’água. Figura 3. Usinagem por eletroerosão Processo de usinagem não convencional que utiliza energia termelétrica na remoção de material em que a fusão e a vaporização do material usinado formam os mecanismos principais. 3. 3.24 mostram a usinagem eletroquímica. seccionando o mesmo com auxílio de grãos abrasivo.3. É um processo de . Os esquemas da Figura 3.3.23) pode ser subdividida em três blocos funcionais: bomba de alta pressão.3. A configuração das instalações para corte com jato d’água (Fig.24 – Usinagem eletroquímica: peça antes e depois da usinagem. instalação de corte. 3. estação de filtragem.18 as moléculas. A remoção é realizada através do escoamento a alta velocidade do eletrólito entre uma ferramenta (cátodo) e uma peça (ânodo). na qual se pode observar a ferramenta e a peça mergulhadas em um eletrólito. Para tanto. Estes componentes estão alojados numa câmara de vácuo. (a) (b) Figura 3. 19 usinagem por descargas elétricas para a geração de orifícios. lentes de focalização e sistema de ajuste de foco. O fluido dielétrico serve como condutor da faísca e como meio refrigerante. O perfil do eletrodo corresponde à contra forma do detalhe a ser obtido na peça.26. utiliza um feixe de elétrons a alta velocidade. Figura 3. . A descarga de faíscas é produzida por pulsação controlada de corrente contínua entre a peça- obra (eletrodo positivo) e a ferramenta (eletrodo negativo) imersas em um fluido dielétrico ionizado. A remoção de material é ocasionada por faíscas elétricas incidentes a alta frequência.26 – Princípio de remoção pela usinagem por feixes de elétrons. ranhuras e cavidades. Os componentes básicos. Figura 3. Usinagem por feixe de elétrons Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material. presentes em todas as máquinas de feixe de elétrons. geralmente de pequenas dimensões. O processo se aplica à confecção de pequenos orifícios e cavidades.25 – Usinagem por eletroerosão: (a) a fio. provocando a vaporização do metal da peça-obra pelo choque dos elétrons contra a superfície da peça-obra. são: canhão emissor de elétrons. que atua no vácuo. 3. A distância da ferramenta à peça varia entre 10 e 50 m.3.5. Há dois processos básicos de eletroerosão (Fig. 3. Este processo aplica-se bem a materiais de elevada dureza e baixa usinabilidade. (b) por imersão.25): a fio e por penetração. .3.6. Ao utilizar o laser tem-se um corte de altíssimo nível de precisão. plástico. Este feixe de luz produz intensa energia na forma de calor (Fig. o que permite realizar tarefas extremamente delicadas.20 3.3. Figura 3. Usinagem por arco plasma Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material. 3.21 – Princípio de remoção pela usinagem por laser. 3.7. madeira.22 – Princípio de remoção pela usinagem por arco plasma. utilizando um veículo ativo que pode ser um sólido (rubi) ou um gás de assistência (CO2 pressurizado). Este processo também se aplica a chapas finas de metal. obtido por excitação dos elétrons de determinados átomos. A Figura 3. O plasma é utilizado como elemento de fusão e vaporização da peça-obra. Usinagem a laser Processo baseado na energia termelétrica para remoção de material em que o metal é fundido e vaporizado por feixe colimado de luz monocromática intensa chamada LASER (do inglês Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).22 mostra o principio de remoção na usinagem por arco plasma. com um mínimo de desperdício e sem distorções.21). em que o plasma é gerado pela sujeição de um volume de gás aquecido por arco elétrico a uma temperatura suficientemente alta para iniciar a ionização ao bombeamento de elétrons em alta velocidade gerados por um arco elétrico. Figura 3. vidro e cerâmica. O sistema de lentes focais produz um feixe de luz concentrado. 1 põe em evidência o modo de remoção de material em cada um dos métodos avançados. destaque da Tabela 3. Consequentemente. tendo surgido como uma alternativa ao oxicorte. para que se possa avaliar criteriosamente o interesse industrial de cada método de trabalho. protótipos e moldes para fundição. O corte por plasma é outro método aplicável apenas a metais condutores. não são poucos os profissionais da área que encontram dificuldades para discernir qual a melhor solução para cada necessidade. Em cada caso.1 – Divisão dos processos Tabela 3. o arranque de material se dá.4. eletroquímica e termelétrica. nos processos tradicionais de usinagem. Nota-se nesta última tabela que a eletroerosão aplica-se somente a materiais condutores. é importante comparar os custos e as condições técnicas. Uma maneira interessante de formar uma visão de conjunto consiste em agrupar os diversos métodos em função dos atributos comuns que apresentam. como mostra a Tabela 3. Tabela 3. e da sedução exercida pelas novidades e pelos modismos.2 – Aplicações dos processos não convencionais não convencionais NATUREZA MODO DE PROCESSO PROCESSO APLICAÇÕES ENERGÉTICA REMOÇÃO Eletroerosão Jato D’água Remoção Usinagens diversas em materiais Mecânica Erosão eletroquímica condutores Ultrassom Corte a plasma Reações Remoção Química Usinagens diversas em materiais químicas química Ultrassom maus condutores Reações Remoção Eletroquímica Remoção eletrolíticas eletroquímica Usinagem de peças delicadas química Corte a laser Corte a laser Corte a plasma Fusão/ Feixe de Termelétrica Feixe de Micro usinagem vaporização elétrons elétrons Jato D’água Eletroerosão A usinagem eletroquímica também só se aplica a corpos condutores. em geral. Por outro lado. dos inúmeros aparatos tecnológicos. é preciso que se tenham conhecimentos e informações sobre as opções disponíveis. Comparação dos Diferentes Processos de Fabricação por Usinagem Diante dos muitos processos de fabricação por usinagem disponíveis. Na verdade.2. Um fator importante na análise dos métodos de produção é a natureza da energia envolvida no processo. por cisalhamento.1. Sobretudo. que não era aplicável aos materiais acima por gerar reações químicas. 21 3. as resinas etc. como o aço inoxidável. o processo não se presta à usinagem de materiais maus condutores. Outro aspecto importante a considerar refere-se aos campos de aplicação destes novos processos de usinagem. química. como a madeira. De acordo com esta natureza. das quais habitualmente são feitas as matrizes. não existe uma regra geral para se determinar a qual a decisão é a mais ou menos correta. dos recém-desenvolvidos em laboratórios de pesquisa para aplicações nos diversos setores de produção. . podem-se agrupar os métodos avançados de usinagem em quatro categorias: mecânica. o alumínio e outros metais não ferrosos. Óxidos isolantes ou materiais vitrificados são obstáculos ao uso desse método.. A Tabela 3. antes da definição do procedimento a adotar. Alguns materiais excluem a possibilidade de usinagem termelétrica. como o vidro. certas condições impõem um procedimento particular: alguns materiais não podem ser atacados por abrasão. o que o tornaria contraindicado para usinagem de aços com alto teor de carbono. uma análise mais acurada de qualquer desses métodos é necessária. a dos métodos aplicados a materiais maus condutores. facilmente ignorados. Figura 3. Entretanto. o campo de escolha do método pode recair sobre o feixe de elétrons. embora mais econômicos em algumas situações. na região de corte. O feixe de elétrons produz grande exatidão. Como se vê. destacam-se o ultrassom e o ultrassom rotativo. mas só se justifica sua aplicação para dimensões reduzidas. por eletroerosão ou por eletrólise.23 – Micro-usinagem laser 3D de uma borboleta ao lado de uma moeda. onde um endurecimento da superfície não é desejável. Por exemplo. o jato d’água ou o laser (Fig. sem deixar de lado os procedimentos convencionais. o feixe de elétrons pode levar a alterações da estrutura cristalina. Uma fresa não pode usinar uma forma reentrante. Assim. duros ou quebradiços.23). uma visão de conjunto das diferentes técnicas é sempre indispensável para julgar com conhecimento de causa. Estes métodos são especialmente adequados para a usinagem de materiais frágeis. . 3. que um eletrodo facilmente usinaria. a cerâmica e o diamante.22 Em uma segunda categoria. Quando o objetivo é a micro-usinagem. André João de Souza . Prof. A Figura 4. usualmente indiretas. a pessoa responsável pelo controle da produção trabalha na supervisão destas variáveis. As condições ideais para um determinado processo de usinagem podem ser determinadas com um melhor aproveitamento da ferramenta de corte e uma melhor taxa de remoção de material. Generalidades Dentre as variáveis envolvidas no processo de fabricação com formação de cavaco.1 resume as relações entrada/saída associadas com o processo de torneamento. Desta forma. . 4. CARACTERIZAÇÃO DOS PARÂMETROS DE ENTRADA E SAÍDA 4.2.1 são: material da peça. existem aquelas nas quais se podem intervir (variáveis independentes de entrada) e aquelas nas quais não se podem (variáveis dependentes de saída). Peça ou Componente Ferramenta de Corte Material Geometria: • ângulos (. material da ferramenta. já que sofrem influência da mudança nos parâmetros de entrada.1. 23 4. parâmetros de corte e máquina-ferramenta. geometria da ferramenta. r) Geometria • raio de quina (r) Cristalografia • arredondamento do gume Pureza Material: Tratamento térmico • dureza • acabamento Dureza • revestimento Variáveis de Saída Tipo de cavaco Força Potência PROCESSO DE Temperatura TORNEAMENTO Vibração Falhas na ferramenta Acabamento da superfície Parâmetros de Corte Dimensões da peça Avanço (f) Planejamento Experimental Profundidade de corte (ap) Seleção dos níveis e do número Velocidade de corte (vc) de variáveis de entrada Ambiente de corte: Máquina-ferramenta • a seco • com lubri-refrigerante Figura 4.1 – Relações de entrada e saída em torneamento. Variáveis Independentes de Entrada As variáveis independentes de entrada destacadas na Figura 4. Uma maneira de controlar o processo de usinagem é atuar diretamente nas variáveis de entrada (independentes) e mensurar seu efeito através da medida de variáveis dependentes de saída. 2 – Influência da geometria do inserto na usinagem. O maior ângulo de ponta (r) possível deve ser aplicado para proporcionar resistência e confiabilidade à pastilha. 4. tenacidade. necessidade de raio de canto. integridade. tenacidade e resistência ao desgaste e são divididos em várias classes com propriedades específicas. Os materiais da ferramenta de corte possuem diferentes combinações de dureza. Material e geometria da ferramenta de corte O tipo de operação afeta a escolha da ferramenta.). Geralmente. Na definição do processo de fabricação por usinagem: Algumas características dimensionais devem ser avaliadas: peça estável e grande.24 4. para resistir a quebras. Material e geometria da peça As dimensões. A Figura 4. A Escala 1 indica a resistência da aresta de corte. Tenaz. . de perfil. mas demanda mais potência da máquina e tem uma tendência maior para vibrar. A Escala 2 indica os aumentos de tendência a vibrações para a esquerda. rugosidade. necessidade de fixação especial.2. um material para ferramenta de corte bem-sucedido em sua aplicação deve ser: Duro. por exemplo.2. como parâmetros de corte. Mas isso tem que ser balanceado em relação à variação de cortes necessários. enquanto que a necessidade de potência reduz para a direita. O ângulo de ponta grande é robusto. Figura 4. tamanho do lote. a falta de resistência da geometria de uma pastilha pode ser compensada pela tenacidade da sua classe.2. para resistir ao desgaste de flanco e à deformação. transversal. o material e a necessidade de qualidade na peça a ser usinada influenciam no tipo de operação de corte (desbaste ou acabamento. de parede fina e pequena. A geometria e a classe do inserto se complementam quando estão sendo aplicadas. Algumas particularidades do material devem ser analisadas: cavaco gerado. Quanto maior o ângulo de ponta à esquerda. Deve-se sempre que possível combinar o mais apropriado material de ferramenta de corte (classe) e a geometria do inserto (ou pastilha) com o material da peça a ser usinado para obter uma usinagem sem problemas e produtiva. também são vitais para um resultado bem-sucedido. as pastilhas à direita são superiores. usinagem externa ou interna.2 mostra a influência da escolha da geometria do inserto na usinagem. Um ângulo de ponta pequeno é mais fraco e tem uma aresta de corte pequena. maior é a resistência. O formato da pastilha deve ser selecionado com relação à acessibilidade do ângulo de posição (r) necessário para a ferramenta. Outros fatores. o que a torna mais sensível aos efeitos térmicos. dentre outros) etc. percurso da ferramenta etc. peça delgada e longa. dureza. para melhor versatilidade e acessibilidade.1. percurso da ferramenta (longitudinal. Algumas necessidades de qualidade devem ser consideradas: tolerância. 2. baseando-se na prévia seleção das variáveis independentes de entrada.). N. M.3.). média. Exemplos de classes comuns para materiais diferentes (Fig. CC6090. Necessidade de contraponto. GC4215.3 – Classes comuns para materiais diferentes 4. GC4225. 25 Não reativo com o material da peça. CB7025. difícil). Limitações de rotação e de avanço da barra no magazine.). Diamante policristalino (CD10). K. R) e as condições de usinagem (boa.3. Resistente a alterações térmicas repentinas. A classe do inserto é selecionada principalmente de acordo com o material da peça (ISO P. M.3): Metal duro com cobertura (GC4205. etc. Nitreto de boro cúbico (CB7015. Cermets (CT1525. força e potência . etc. Número de trocas de ferramenta / número de ferramentas na torre. etc. Necessidade de refrigeração de alta pressão para a quebra de cavacos em materiais com cavacos longos. CT5015. Fornecimento (interno ou externo) de refrigeração e fluido de corte. S. Variáveis Dependentes de Saída As variáveis dependentes de saída são determinadas pelo processo. o tipo de aplicação (F. Metal duro sem cobertura (H10. etc. Figura 4. potência e torque especiais para as peças maiores. Quimicamente estável para resistir à oxidação e à difusão. H).). 4. Cerâmica (CC6050. Máquina-ferramenta e parâmetros de usinagem Estabilidade. H13A. As mais importantes são: tipo e forma de cavaco. etc. 4.). 1. em decorrência disso. Como o desgaste de cratera gerado durante a usinagem tem uma influência imediata sobre a geometria da ferramenta. é o aumento do grau de deformação por um maior encurvamento do cavaco. danificam o suporte e a quina da ferramenta. leva a um grau de deformação maior na parte externa do cavaco. resulta uma melhor quebra do cavaco. Assim. estruturas com grãos grosseiros (p. considera-se que esta falha age sobre o mecanismo de formação de cavaco. constata-se que as condições de interface cavaco/ ferramenta influenciam significativamente a força de usinagem. em decorrência disso. Estes materiais levam a um cavaco de quebra fácil e. têm uma importância predominante. Ferramentas de metal-duro sem quebra-cavacos sinterizados na pastilha apresentam cavacos com raio de curvatura menor à medida que a profundidade da cratera cresce. furacão. Cavacos helicoidais planos preferencialmente apresentam a sua saída tangenciando o flanco da ferramenta e. Como a capacidade de deformação do material é dependente da temperatura na região de corte. o que propicia a sua quebra. Uma grande influência sobre o mecanismo de formação de cavaco é propiciada pelos elementos químicos fósforo (P). Além disso. Em virtude disso o raio de curvatura do cavaco pode aumentar e. A Figura 4. a quebra de cavaco torna-se menos propícia. para o mesmo raio de curvatura do cavaco. falhas na ferramenta de corte. A formação do cavaco é basicamente influenciada pela deformação. O critério da formação de cavacos normalmente é relacionado com o ensaio de vida da ferramenta pela observação dos cavacos produzidos.ex.3. principalmente em processos que apresentem um espaço reduzido para armazenamento do cavaco (por exemplo. Tipo e forma do cavaco A geometria e o tamanho dos cavacos. 4. Também um aumento da espessura de usinagem. enxofre (S) e chumbo (Pb). em função deste aumento. acabamento da superfície usinada. o grau de deformação do cavaco é aumentado. Força e potência de usinagem Durante o mecanismo de formação de cavacos. uma redução da velocidade de corte (vc) ou a refrigeração da região de corte levam a cavacos mais quebradiços. vibração.26 de usinagem. Ferramentas com quebra-cavaco sinterizada na pastilha tem essa ranhura modificada com o aumento do tempo de corte. temperatura na região de corte. Para isto deve-se reduzir o ângulo de saída () ou empregar um quebra-cavaco. existe a possibilidade de se concluir sobre a usinabilidade de um material pelo fator de recalque (Rc) do cavaco. Disso. De importância maior. bem como a maneira como se formam os mesmos. Cavacos em fitas.4 mostra diversas formas de cavaco e sua designação. 4. isto é. pela tenacidade e pela resistência ou estado metalúrgico do material da peça. cavacos emaranhados e cavacos fragmentados apresentam um perigo ao operador da máquina-ferramenta. As principais influências sobre a formação de cavaco são as condições de corte e a geometria da ferramenta.2. .3. brochamento e fresamento) e naqueles em que se tem pequeno espaço disponível para o trabalho e grande volume de cavaco gerado. as obtidas por um tratamento térmico de crescimento de grão) ou com inclusões duras favorecem a ocorrência de cavacos irregulares e de quebra mais fácil. Um aumento da resistência ou uma diminuição da tenacidade geralmente levam a uma melhor quebra do cavaco. são adicionados aos aços dos quais se espera uma boa usinabilidade. A quebra adequada do cavaco pode ser obtida pela diminuição da deformação do material da peça ou pelo aumento da deformação do cavaco. em geral. no entanto. 3. (j) arrancados. em certas condições de trabalho (deformação da peça e da máquina). isto é. direta ou indiretamente. Além das condições na interface cavaco/ferramenta. (f) hélice cilíndrica curta. geralmente. A determinação das condições de corte em condições de trabalho. somente os componentes de corte (Fc) e avanço (Ff) contribuem para a potência de usinagem. Assim. 4. na maioria dos casos de seleção de máquina. pode-se afirmar que todos os fatores que contribuem para facilitar o deslizamento do cavaco sobre a superfície de saída atuam para diminuir a força de usinagem (F). (b) fita emaranhada. forças de corte etc. bem menores que os da direção de corte (isto é.4 – Formas de cavaco em torneamento: (a) fita. (c) hélice plana. da geometria e do material da ferramenta. Há que se levar em consideração que os valores de potência obtidos para os motores de acionamento na direção de avanço são. (d) hélice oblíqua. 27 DESFAVORÁVEL FAVORÁVEL BOM FAVORÁVEL (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) Figura 4. Assim. A avaliação da precisão de uma máquina-ferramenta. força de avanço “Ff” e força passiva “Fp”) é a base para: O projeto de uma máquina-ferramenta. De maneira geral. entre outros elementos. (h) espiral. velocidade e saída do cavaco. O conhecimento da grandeza e da orientação da força de usinagem (F) e/ou de suas componentes (força de corte “Fc”. fixação de ferramentas e guias. a potência de avanço é desprezada.3. consequência desses dois fatores. no eixo-árvore). o material da peça também influencia a grandeza da força de usinagem – geralmente materiais de difícil usinabilidade apresentam forças de usinagem maiores. espessura do cavaco. a resistência mecânica do material da peça também deve ser considerada para a força de usinagem. A potência de usinagem resulta da soma das potências necessárias para cada componente da força de usinagem. Esse fenômeno complexo vem sendo estudado há mais de cem anos em suas três formas básicas: a vibração livre.) são. (g) hélice espiral. amortecimento e vibrações que são essenciais para a qualidade da operação de usinagem. A determinação de procedimentos que ocorrem na região de formação de cavaco e para a explicação de mecanismos de desgaste. para o dimensionamento correto das estruturas. (e) hélice cilíndrica longa. . Vibração O conjunto máquina-ferramenta-peça apresenta características de rigidez. bem como do produto da velocidade pela força e pelo cosseno do ângulo entre ambas. As vibrações podem causar desgaste prematuro da ferramenta de corte. todos os outros parâmetros de saída do processo (ângulo de cisalhamento. (i) vírgula. Além das condições de corte. acionamentos. a vibração forçada e a vibração autoexcitada. Por isso. O calor aumenta com a taxa de remoção de material (Q)3 seja por meio do aumento da velocidade de corte (vc). O trabalho realizado e. como forças provenientes de engrenagens ou da instabilidade de componentes da máquina além de desalinhamentos de motores ou de bombas. as vibrações forçadas podem ser causadas pelo contato periódico da ferramenta de corte com a superfície da peça. Falhas na ferramenta de corte Diversos são os tipos de degastes e avarias que acontecem em uma ferramenta de corte em usinagem. A maior parte da usinagem ocorre em aços e ferros fundidos. do avanço (f) ou da profundidade de corte (ap). O corte desses metais gera um maior aquecimento da ferramenta. no corte destes e das ligas à base de níquel. trincas. Dentre eles. deformação plástica. provocando seu colapso em curto tempo de usinagem. portanto. da geometria da ferramenta e das condições de corte.4. também conhecida por chatter (normalmente traduzida por trepidação). a vibração forçada é geralmente causada por forças periódicas presentes na máquina. a interação das forças entre ferramenta e peça. . os principais são: desgaste de flanco. 4 Há a possibilidade de formar cavacos com tanta rapidez que a transmissão de calor não se dá para a peça ou ferramenta. mas torna-se fator de controle da taxa de remoção de material na usinagem de materiais duros e de alto ponto de fusão. vc é a mais influente para velocidades baixas e moderadas4. A Tabela 4. Por definição. A vibração livre é causada por choque e outros eventos externos independentes. Em fresamento: Q = vf apae.5. perda de precisão dimensional. limites para vc e f devido às elevadas temperaturas na ferramenta. a temperatura tem uma considerável influência no desgaste da ferramenta. o calor gerado. a temperatura afeta as propriedades mecânicas do material da peça e. 4. chegando ao que poderia ser chamado “corte adiabático”. Além disso. Temperatura na região de corte A energia gasta no processo de formação de cavacos é percebida na forma de calor através do trabalho de cisalhamento interno do material e dos atritos provocados pela aderência entre as superfícies nas interfaces cavaco/ferramenta e ferramenta/peça. ligas de níquel e de titânio. lascamentos. como o alumínio e o magnésio. desgaste de cratera. tanto na superfície de saída (desgaste de cratera na face) quanto na superfície de folga (desgaste frontal no flanco).3. por conseguinte. além disso. causando uma variação da espessura do cavaco e gerando a trepidação. danos em componentes da máquina operatriz. Existem. seguido por f e por último ap. Entre esses parâmetros. um processo adiabático é aquele em que não há troca de calor entre o sistema e o meio. 4. consequentemente. Neste caso. 3 Em torneamento e furação: Q = vcfap. A temperatura da ferramenta pode não ser considerada o maior problema na usinagem de materiais macios e de baixo ponto de fusão. depende das propriedades do material da peça e da ferramenta. surgem problemas técnicos e econômicos mais sérios. como ferros fundidos.3. é causada pelas interações do processo de remoção de cavaco com a estrutura da máquina. e. além de ruídos indesejáveis e prejudiciais ao ambiente de produção.28 interferência na qualidade superficial. aços. quebra. O chatter ocorre quando o deslocamento relativo ferramenta/peça é tal que o corte é repentinamente interrompido. Já a vibração autoexcitada.1 resume as principais causas dos diversos desgastes e avarias da ferramenta e as ações a serem tomadas no caso de um desses estar ocorrendo de maneira acentuada. Aumento da estabilidade. Redução do avanço. Aresta Postiça de Corte (APC).1 – Causas e ações para minimização de avarias e desgastes da ferramenta. TIPO DE DESGASTE E/OU AVARIA POSSÍVEIS CAUSAS AÇÕES PARA MINIMIZAÇÃO Abrasão. Desgaste de Flanco Classe de ferramenta com cobertura Difusão de óxido de alumínio (Al2O3). do raio de ponta (r) e/ou do ângulo de Geometria da ferramenta fraca. Redução da velocidade de corte. Seleção de classe de ferramenta mais resistente ao desgaste. altas pressões na região de corte. Desgaste de Cratera Fluido de corte com agentes Oxidação antioxidantes. Trincas de Origem Mecânica Classe de ferramenta mais tenaz. Aumento do ângulo de ponta (r). 29 Tabela 4. Suavização do primeiro contato da ferramenta com a peça. Lascamento e Quebra . Aumento da velocidade de corte (se o desgaste for causado pela APC). cunha () (chanframento da aresta). Deformação Plástica Classe de ferramenta mais tenaz. Velocidade de corte muito alta ou muito baixa (se a causa for APC). Suavização do primeiro contato da ferramenta com a peça. Aplicação do fluido de corte em abundância ou corte a seco. Classe da ferramenta frágil. Trincas de Origem Térmica Classe de ferramenta mais tenaz. Resistência ao desgaste insuficiente da ferramenta. Choques entre ferramenta/peça. Desgaste de Entalhe Classe de ferramenta com maior Altas temperaturas combinadas c/ dureza a quente. Variação excessiva de esforços na aresta de corte. Redução da velocidade de corte. Redução da velocidade de corte. Variação excessiva de temperatura na aresta de corte. 5. de forma característica. Acabamento da superfície usinada A qualidade de superfícies obtidas por usinagem pode ser um critério para a determinação dos parâmetros de entrada na usinagem. na Fig. 4. Como fatores influentes sobre a qualidade superficial. de início são considerados as condições de corte e a geometria da ferramenta. Figura 4.5 – Fatores influentes sobre a qualidade superficial na usinagem de metais. Os fatores que influenciam na superfície estão resumidos.3. . caso não haja outros critérios específicos.30 4.6. e) aços inoxidáveis. aumentando assim os custos e o tempo de entrega. VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: MATERIAL E GEOMETRIA DA PEÇA 5. microestrutura. Materiais com baixa ductilidade e baixa dureza são. químicas e mecânicas do material da peça bruta (dureza. consequentemente. a vida da ferramenta piora na mesma proporção. com ligas de alta resistência térmica e mecânica. em que os materiais da peça foram divididos em seis grupos principais.1. que tendem a formar cavacos longos. Materiais com alta taxa de encruamento são os aços inoxidáveis austeníticos. no entanto. O nível de encruamento depende da taxa de deformação e da capacidade de endurecimento do material. André João de Souza . em geral. Infelizmente. bem como obter longos tempos de vida da ferramenta e. o que pode ser denominado “endurecimento por deformação” ou encruamento. geralmente. a condutividade do material usinado nem sempre é uma escolha do engenheiro de fabricação. b) aços não ligados. d) aços ligados. A Figura 5. Material da Peça A indústria de usinagem produz uma variedade extremamente ampla de peças usinadas em materiais muito diferentes. 31 5. A combinação desses influencia significativamente a escolha da geometria da ferramenta de corte. durante a usinagem dessas ligas. 5. Prof. podem-se classificar as ligas metálicas para usinagem na seguinte ordem: a) ligas de alumínio. ISO S – superligas resistentes ao calor e titânio. produzir rebarbas excessivas na peça usinada e gerar arestas postiças de corte nas ferramentas. ISO K – ferros fundidos. de cobre e de magnésio. ISO N – materiais não ferrosos.2): ISO P – aços. resistência à tração. Quando se formam cavacos. Normalmente. a classe e os dados de corte. os que lá constam servem de comparação para estabelecer uma usinabilidade relativa. embora se possam projetar algumas ligas para melhorar o desempenho dos processos de usinagem. Tais rebarbas exigem operações posteriores. Embora nem todos os materiais usinados estejam na lista anterior. Aços-carbono. etc.) podem ser especificadas ou previamente conhecidas. materiais com baixos valores de dureza permitem-se usinar com maiores parâmetros cinemáticos (velocidade de corte e avanço) e de profundidade. desejados. ISO H – aços endurecidos. afinidade química com o meio lubrirrefrigerante ou com a ferramenta. alguns materiais metálicos apresentam a característica de aumentar a sua resistência mecânica. Cada material possui suas características exclusivas que são influenciadas pelos elementos de liga. de acordo com as suas propriedades exclusivas referentes à usinabilidade (Fig. como é o caso do ferro fundido: os cavacos tendem a ser altamente segmentados e a energia necessária para a sua remoção é baixa. de fácil usinagem. Também se esperam baixas forças e potências de usinagem. longe da região de corte. Alta condutividade térmica significa que o calor produzido na região de formação de cavacos é rapidamente conduzido para as imediações. As propriedades físicas. inclusões. Altos valores desse parâmetro são. dureza. Outra abordagem refere-se à classificação ISO. Exceções são os materiais de baixa dureza e alta ductilidade. De maneira bem geral e simplificada. À medida que são deformados plasticamente. Maiores detalhes no Capítulo 6. a taxa de deformação é localmente muito alta. encruamento etc. f) ligas de alta resistência térmica e mecânica. Analogamente. são materiais com baixa taxa de encruamento. ISO M – aços inoxidáveis. Uma alta taxa de encruamento significa um rápido aumento de resistência em relação à taxa de deformação. tratamento térmico.1 mostra alguns exemplos destes materiais. c) ferros fundidos. composição química. altas taxas de remoção de cavacos a menores custos operacionais. Macroinclusões possuem tamanhos maiores que 0. em geral. A microestrutura do material que está sendo usinado também desempenha um papel significativo no desempenho da operação de usinagem. baixos valores de parâmetros cinemáticos e de profundidade devem ser usados para valores aceitáveis em termos de vida da ferramenta. levando a maiores forças e potencia de corte. arestas de corte com geometrias afiadas são preferíveis para que se diminua a taxa de deformação. Figura 5. recozido ou temperado. assim.1 – Exemplos de ligas metálicas para usinagem (microscopia óptica com ampliação 500x). causando desgaste. o material pode ter sido laminado a quente. Previamente à operação de corte.2 – Classificação dos materiais conforme a norma ISO. Altas taxas de encruamento significam que mais energia é necessária para a remoção de material. evitando-se. duras e de caráter abrasivo. . laminado a frio. Estas são mais frequentes em aços de baixa qualidade e devem ser evitadas para a maioria das aplicações. o endurecimento. à aresta de corte. Em geral. Para materiais com altas taxas de encruamento.32 (a) Liga de Alumínio 6061-T6 (b) Aço-carbono 1045 (c) Ferro Fundido Vermicular (d) Aço liga 4140 (Cr-Mo) (e) Aço Inox Austenítico (f) Liga Ti-6Al-4V Figura 5. Elas são. ou mesmo avarias.15 mm. normalizado. Pode ser usinada (acabamento) somente por operações com ferramentas abrasivas. estas tensões estão em um estado de equilíbrio. a estrutura de um material laminado a quente é. ou o trabalho a frio. ou mesmo provocar endurecimento quando o material e propenso ao endurecimento por deformação. estas tensões internas devem ser aliviadas. A têmpera consiste do aquecimento da peça um pouco acima da temperatura crítica. e o resfriamento é feito em qualquer velocidade (p. Isso resulta em uma estrutura mais fina e homogênea. Para evitar esta deformação. isto entre o desbaste e o semi-acabamento.ex. a peça sai do estado de equilíbrio e deforma. Para melhorar a usinabilidade. pode levar à redução de rebarbas na peça e de aresta postiça de corte na ferramenta. Normalmente. A estrutura normalizada é aquela que passou por aquecimento na temperatura de austenização por tempo suficiente para uma completa normalização e foi resfriada até a temperatura ambiente.3a apresenta a microestrutura ferrítica/perlítica de um aço ABNT 1045 laminado a quente. As tensões internas de uma peça são causadas pelos processos de fabricação da matéria-prima (como fundição e forjamento).3 – Microscopia óptica do aço ABNT 1045: (a) microestrutura ferrítica/perlítica. e quando certa quantidade de material é removida. que permite a usinagem com parâmetros de corte mais altos. heterogênea e grosseira. em geral. 33 Por conta da longa exposição a altas temperaturas. A condição de material recozido é usada. dureza) de um material. como mostra a Figura 5. (b) microestrutura obtida após recozimento de esferoidização. como as ligas de alumínio. a têmpera também é utilizada para melhorar a usinabilidade e aliviar tensões internas. para a redução da dureza em um processo no qual as lamelas de cementita da estrutura perlítica são esferoidizadas. O trabalho a frio. Para materiais não ferrosos. e neste caso poderá . acima da recristalização. A Figura 5. Algumas vezes após a têmpera é feito o revenimento.ex. a microestrutura passa a ser constituída de carbonetos globulares dispersos em uma matriz ferrítica. é realizado em peças ou barras para uniformizar a microestrutura.3b. principalmente ferrosos. bem como pela usinagem. em geral. (a) (b) Figura 5. mergulho da peça em água ou óleo). e também de melhorar a usinabilidade de materiais. provoca aumento de dureza e redução na vida das ferramentas. Isto porque o material não possuirá uma elevada dureza depois do tratamento térmico. aumentado assim a vida da ferramenta. Após o processo de recozimento de esferoidização. Isso provoca significativa redução de dureza e torna a estrutura menos abrasiva. efetuam-se certos tratamentos térmicos como o recozimento e a normalização em materiais ferrosos. na maioria das vezes. pois a peça após a têmpera torna-se difícil de ser usinada. O propósito do recozimento e da normalização é o de alívio de tensões. Já a laminação a frio. A têmpera é comumente incluída entre o semi-acabamento e o acabamento de peças de materiais ferrosos. Materiais com elevada dureza e/ou tenacidade são difíceis de usinar. Porém. O processo é largamente utilizado para melhorar as propriedades mecânicas (p. isoladamente ou formando compostos. Os fatores principais a serem considerados na seleção de um processo de usinagem são a forma. Geometria da Peça A seleção dos processos de usinagem é feita com base na análise da capacidade do processo de executar o formato geométrico da peça com exatidão e acabamento requeridos. a precisão e o acabamento superficial da superfície. a lubrificação da ferramenta e. tornam os mesmos difíceis de usinar. . cavidades etc. as superfícies forjadas podem estar endurecidas. a têmpera é normalmente incluída entre o desbaste e o semi-acabamento. 5. o tamanho. A geometria de uma peça (tamanho e forma) pode ser gerada através de processos anteriores. austenítica ou martensítica do aço. aumentando assim o desgaste das ferramentas – da mesma forma que a presença de resíduos de areia de fundição acelera o desgaste abrasivo. A Tabela 5. No entanto. seu peso e material. consequentemente. a seleção final será feita com base no acabamento superficial e também nas tolerâncias dimensionais e geométricas requeridas. Uma vez selecionado o grupo de processos de usinagem. ao girar em torno de um eixo. prisma é o sólido limitado por uma superfície prismática fechada e por dois planos paralelos. ou mesmo antes do desbaste. Os principais elementos de liga adicionados ao aço para melhorar sua usinabilidade são: enxofre (S). Não se pode esquecer jamais que as dimensões da área de trabalho da máquina-ferramenta devem ser maiores do que as maiores dimensões da peça. Processos de usinagem diferentes podem ser usados na usinagem de uma mesma superfície. fósforo (P) e nitrogênio. como por exemplo. selênio (Se). facilitando a quebra do cavaco. Tais elementos. Porém. a limpeza de superfícies antes da usinagem pode melhorar o corte. a profundidade de corte. que requerem uma elevada dureza superficial. A integridade superficial da peça previamente à operação de usinagem também pode ser significativa para o desempenho do processo. etc. estanho (Sn). tem-se a cementação. Uma superfície prismática é aquela gerada por uma reta que se desloca paralelamente a si mesma acompanhando uma linha poligonal aberta ou fechada.2. Para materiais não ferrosos. essas mesmas qualidades que fazem os elementos de ligas adequados a componentes mecânicos de alta responsabilidade e desempenho em serviço. roscas.). chumbo (Pb). bismuto (Bi).34 ser usinado no estágio de semi-acabamento. Geralmente estas variáveis influenciam diretamente no processo de usinagem ou nos parâmetros que são selecionados. uma vez que a formação de cavacos os leva a falha por ruptura ao cisalhamento. Já o endurecimento superficial é aplicado a peças tratadas termicamente.1 mostra os grupos conforme o formato superficial. 5 Uma seção transversal que. Inicialmente selecionam-se os grupos de processos compatíveis com o tamanho e a forma geométrica da peça a ser usinada (axissimétrica ou prismática5) e com as possíveis características adicionais (furos. a nitretação e a cianetação. Superfícies forjadas ou fundidas muitas vezes são inevitáveis. Dentre estes métodos. interrompem a matriz ferrítica. Os elementos de liga em um material a ser usinado são os principais responsáveis pela melhoria das propriedades físicas e mecânicas das ligas. telúrio (Te). ou pode ser selecionada a partir da matéria-prima padrão para usinagem. origina um sólido de revolução que corresponde a uma peça axissimétrica. além da estrutura global da peça. condições do chão-de-fábrica. diminuindo os esforços de corte. volume de produção. Em muitos casos. função etc.) podem ser agrupadas em “famílias” visando organizar o Sistema de Produção. 5.2.1 – Grupos de processos de usinagem de acordo com o formato desejado da peça CARACTERÍSTICAS AXISSIMÉTRICA PRISMÁTICA ADICIONAIS Furação Torneamento Fresamento Alargamento Retificação Retificação Mandrilamento Brunimento Brunimento Fresamento Polimento Polimento Retificação Lapidação Lapidação Brochamento Roscamento Peças similares (forma. A Figura 5. tampas) – são as que. Figura 5. podem ser submetidas às operações de desbaste e acabamento em torneamento. após a usinagem. . 35 Tabela 5.1. Peças similares a sólidos de revolução Peças axissimétricas – similares a sólidos de revolução (eixos. tampas e garfos. peças formadas por superfícies planas e/ou não axissimétricas. polias.5 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser obtidas através de operações de fresamento. Os fatores que devem ser considerados na escolha entre uma peça forjada ou de barra na confecção desses elementos de máquinas (sólidos de revolução) são: o cálculo dimensional.2. volantes e buchas.4 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser obtidas através de operações de torneamento. A este conceito dá-se o nome de Tecnologia de Grupo (TG). a disponibilidade da máquina-ferramenta. A Figura 5. por exemplo. Peças não similares a sólidos de revolução Peças não similares a sólidos de revolução são aquelas que. polias. dimensão. Exemplos com L/D pequeno: engrenagens. Exemplos de peças axissimétricas com relação L/D (comprimento/diâmetro) grande: eixos.2. ou seja. 5. o sobrematerial a ser removido. apresentam superfícies prismáticas.4 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por torneamento. pinos e varões. Exemplos de peças não similares a sólidos de revolução: carcaças. engrenagens. 2. Além dos já conhecidos processos de litografia usados na fabricação de dispositivos eletrônicos. (a) (b) Figura 5. após a usinagem do perfil hidráulico. Outro fator a ser considerado é que as peças são geralmente estruturas mecano-soldadas. (b) rotor de hidrelétrica.36 Figura 5. necessitando de montagem posterior. Peças especiais As usinagens de materiais nas escalas micro e nanométrica estão sendo consideradas por muitos a chave para as futuras tecnologias. atuadores e microreatores químicos. . com usos destacados em aplicações biológicas e médicas.6a). sensores eletromecânicos.5 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por fresamento. 5.6 – Tamanhos e geometrias especiais obtidas em usinagem: (a) nanousinagem. entre outros (Fig. A Figura 5. as tecnologias de micro e nanousinagem desempenham um papel importante na miniaturização das máquinas. a usinagem de peças muito grandes exige máquinas-ferramentas de grande porte e toda a rotina de trabalho diferenciada. podem-se citar as dificuldades de movimentação das peças em função da localização das faces e diâmetros a serem usinados com auxílio de operações com ponte rolante. as meias-conchas que complementam a peça são fixadas por solda ao disco principal. Como parte desta rotina.3. Por outro lado. 5.6b mostra um rotor de hidrelétrica fabricado a partir de um disco fundido maciço de aço inox martensítico. percebe-se que peças podem ser classificadas em famílias e isso propicia uma base de dados conveniente para ser gerenciada. uma solução única pode ser encontrada para um conjunto de problemas. Figura 5. que englobam todas as “features” de projeto de uma família de projeto. Exemplo de peças compostas é dado na Figura 5. e estas peças podem ser agrupadas numa família de projeto. inspeção. armazenamento. podem-se identificar similaridades entre estas peças. Entretanto. o número é excepcionalmente elevado. engrenagens de dentes retos de tamanhos diferentes sofrem os mesmos processos de fabricação. escalonamento. 5. planejamento da produção. No projeto de peças. Por exemplo. Usando este conceito. Tecnologia de Grupo Na fabricação por usinagem. inúmeras peças podem possuir uma forma similar (Fig. Cada peça possui forma. pode-se identificar “peças compostas”. tais como: projeto.7 – Família de projeto. 37 5. Figura 5. TG pode ser aplicada em áreas diferentes.4.7). Portanto.8. . poupando-se assim tempo e esforço”. tamanho e função diferentes. Quando se observa as peças que constituem um produto. e que agrupando problemas similares.8 – Peças compostas. Pode-se dizer que a Tecnologia de Grupo (TG) é “a percepção de que muitos problemas são similares.2. etc. milhares de itens são produzidos anualmente. planejamento do processo. 38 Com relação à fabricação. Isto torna o planejamento e controle da produção bem mais simples. . Figura 5. Maiores detalhes na disciplina (ENG03387) SISTEMAS DE FABRICAÇÃO. ser fabricadas por processos de fabricação semelhantes.9 – Família de produção. Cada célula consiste de alguns equipamentos. Estas máquinas são agrupadas fisicamente para formar uma célula. e escalonadas como uma entidade. Como processos de fabricação similares são necessários para todos os membros da família. robôs. e dela o planejamento do processo pode ser facilitado. esteiras.9. Este layout é chamado de “layout celular”. máquinas de medição por coordenadas. e sai a peça (ou produto) acabado. Esta família é chamada de “família de produção”. Uma célula pode ser considerada como uma fábrica. entretanto. como máquinas-ferramentas com comando numérico. uma célula pode ser agrupada para fabricar uma família de peças. Um exemplo é dado na Figura 5. pois somente peças similares são fabricadas em cada célula. na qual entra a matéria-prima. peças que não são similares na forma podem. Zs é tido como bom quando a adesão do material é pequena e não se formam cavacos em forma de fita ou enrolados e a superfície é lisa e isenta de rebarbas. do material e da geometria da ferramenta e das condições de corte.1. resultando em um pequeno desgaste da ferramenta. 7 Uma seção de corte é definida pela área da seção transversal de corte (A). VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: USINABILIDADE DOS MATERIAIS 6. acabamento da superfície usinada e produtividade. André João de Souza . a usinabilidade expressa o grau de dificuldade de se usinar um determinado material. por exemplo. uma seção de cavaco grande envolve ap e/ou f grande. por exemplo. 39 6. Assim. sendo que com o aumento de vc geralmente verifica-se uma melhora na qualidade superficial. da rigidez do sistema máquina/ferramenta/peça e das condições de trabalho realizadas pela ferramenta. Assim. A determinação da usinabilidade Zs baseia-se na observação da formação do cavaco. trabalhando com velocidades acima da velocidade critica6. A usinabilidade Zv baseia-se na posição e no comportamento de desgaste em relação à velocidade de corte (vc). Mas a usinabilidade não depende somente das propriedades do material. temperatura de corte. Para a descrição da usinabilidade muitas vezes são empregados os símbolos Zv e Zs. Assim. esforços de corte. um material pode ter um valor de usinabilidade baixo em certas condições de usinagem e um valor maior em outras. vida da ferramenta. por meio de um valor numérico comparativo. Prof. das operações anteriores efetuadas sobre o material (sejam a frio ou a quente) e do eventual encruamento. das propriedades mecânicas do material. das características da ferramenta. A usinabilidade de um material sempre é observada no contexto da operação de corte. de sua composição química. pois a seção do cavaco costuma ser maior que a seção de corte devido à sua deformação. Entende-se como propriedades de usinagem aquelas que expressam seu efeito sobre as variáveis dependentes de saída do processo: características do cavaco. a usinabilidade Zv deve ser aceita como boa quando o material pode ser usinado com vc elevada e com seção de cavaco grande7. A usinabilidade depende do estado metalúrgico da peça. Para certa operação de corte. o acabamento da superfície usinada da peça. das condições de lubrirrefrigeração. onde o índice “v” representa o desgaste da ferramenta e o índice “s” a formação de cavaco. Em outras palavras. Zs também depende da velocidade de corte. onde se consideram a largura (b) e a espessura (h) do corte. um conjunto de propriedades de usinagem de um material em relação a outro tomado como padrão. a vida da ferramenta. por exemplo. Introdução A usinabilidade é definida como uma grandeza tecnológica que expressa. Ambos podem ser geometricamente relacionados respectivamente com a profundidade de corte (ap) e com o avanço (f) da ferramenta através do ângulo de posição (r). e não possuir boa usinabilidade quando se leva em conta. pode-se ter um material com boa usinabilidade quando se leva em conta. 6 Velocidade crítica é a velocidade limite acima da qual não ocorre a formação da aresta postiça de corte (APC). mas também de outras variáveis independentes de entrada como parâmetros de corte. da dureza. pode-se ter um aço inoxidável tipo 303 (possui MnS) com dureza idêntica ao tipo 316. etc. austenítico e austenítico-ferrítico (duplex). como ferrítico. Os aços baixa-liga são considerados como tendo melhor usinabilidade comparados aos aços inoxidáveis. liga de alumínio com teor de 13% Si é muito abrasivo. geralmente refere-se à ação de corte sem problemas e uma vida útil apropriada da ferramenta. Os ferros fundidos cinzentos (GCI) e os ferros fundidos maleáveis (MCI) são consideravelmente fáceis de usinar. . a usinabilidade do primeiro é muito maior que a do segundo. variando de materiais sem liga a materiais de alta-liga. Geralmente. incluindo fundidos de aços e aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos. comparado aos aços inoxidáveis austeníticos mais exigentes. um aço carbono de baixa-liga é mais fácil de cortar. ISO N – Metais Não Ferrosos são metais mais macios. os materiais da peça foram divididos em seis grupos principais. um material altamente abrasivo para a aresta de corte. etc. vida útil da ferramenta. serão levados em consideração. A maioria das avaliações de usinabilidade para um determinado material é feita usando testes práticos e os resultados são determinados com relação a outro teste em outro tipo de material sob aproximadamente as mesmas condições. como microestrutura. ISO S – Superligas Resistentes ao Calor incluem uma variedade de materiais à base de ferro de alta liga. como a quantidade de inclusões e de aditivos para melhorar a usinabilidade. outros fatores. Porém. segundo esse raciocínio. máquina-ferramenta. os ferros fundidos vermiculares (CGI) e os ferros fundidos austemperado (ADI) são mais difíceis. como alumínio. tendência à abrasão. Embora a dureza e a resistência mecânica sejam fatores importantes de influência na usinabilidade do material. cobre. velocidades de corte muito altas e longa vida útil da ferramenta podem ser esperadas destas pastilhas com arestas de corte vivas. Como mencionado no Cap. um material mole tem alta usinabilidade (boa) e um material duro tem baixa usinabilidade (ruim). A designação “boa usinabilidade”. A usinabilidade é normalmente boa. criam uma grande família. 5. mas são muito mais difíceis de cortar e reduzem a vida útil das arestas do inserto. Nestes testes. Eles são muito semelhantes aos ISO M. estabilidade. do teor de C etc. Todos os ferros fundidos contêm SiC. de acordo com a norma ISO e cada grupo possui suas propriedades exclusivas referentes à usinabilidade: ISO P – Aço é o maior grupo de materiais na área de usinagem. ISO K – diferentemente do aço. outras ligas podem incluir Ni e Mo. Já os ferros fundidos nodulares (NCI). outros fatores também são bastante importantes. Nestes aspectos. a microestrutura. Por exemplo. Ni. desgaste tipo entalhe e aresta postiça. Condições diferentes. Porém. martensítico. A Usinabilidade e as Classes de Material É comum se pensar no meio produtivo que a usinabilidade é uma propriedade diretamente associada à dureza do material da peça e à sua resistência mecânica. ISO M – Aços Inoxidáveis são materiais com liga com um mínimo de 12% Cr. De um modo geral. Assim. a quantidade de partículas duras. porém difere muito dependendo da dureza. o Ferro Fundido é um tipo de material que gera cavacos curtos. O ponto comum entre todos estes tipos é que as arestas de corte são expostas a uma grande quantidade de calor. a tendência ao empastamento do cavaco do material na superfície de saída da ferramenta. Porém. Co e Ti.40 6. encruam durante o trabalho (endurecido por deformação) e geram calor. Eles são pastosos. criam aresta postiça. latão etc. ruído. o desgaste que ele cria na aresta de corte e a formação de cavacos que se pode obter. este raciocínio é falso. a usinabilidade avalia a habilidade do material da peça ser usinado.2. realçando a temperatura na região de corte. A força de corte e. O quadro da Figura 6. Aços alta-liga possuem mais do que 5% de elementos de liga. Figura 6. fundido etc.1. ISO P – Aços Aço é o maior grupo de materiais de peça na área de usinagem de metais. Aços baixa-liga possuem elementos de liga inferiores a 5%. V e W. 6. alto teor de Cr (> 12%) e baixo teor de C (≤ 0. Nb e Ti fornecem características diferentes. como resistência à corrosão e resistência mecânica em altas temperaturas.2.1 – Seção transversal de pastilha de metal duro cortando materiais Classe ISO. Mo. .05%).1 ilustra a formação do cavaco para as diferentes classes. 6. ISO M – Aços inoxidáveis Os aços inoxidáveis possuem uma liga com o Fe como o constituinte principal. Elementos de liga como Ni. Aços com baixo teor de carbono produzem cavacos mais longos que são pastosos e requerem aresta de corte viva. A dureza os torna difíceis de usinar. O cromo combina com oxigênio (O) para criar uma camada de Cr2O3 na superfície dos aços. Mo. A usinabilidade do aço difere dependendo dos elementos de liga.2. permanece dentro de uma faixa limite. Aços com uma dureza de aproximadamente 48 HRC e até 62-65 HRC pertencem à ISO H. o que oferece uma propriedade não corrosiva ao material. Aços sem liga possuem C < 0. Em geral.).2. Aços-liga possuem C < 1. portanto. Eles podem ser não endurecidos ou endurecidos e temperados com uma dureza comum de até 400 HB. laminado. do tratamento térmico e do processo de fabricação (forjado. a potência necessária para usiná-los.8% e são compostos apenas por Fe. o controle de cavacos é relativamente fácil e sem problemas. Os materiais geram calor durante o corte e são muito abrasivos para a aresta de corte. Cr. 41 ISO H – Este grupo inclui Aços Endurecidos com dureza entre 45-65 HRC e também ferro fundido coquilhado em torno de 400-600 HB.7 % e elementos de liga como Ni. sem outros elementos de liga. Cr. a geometria e o tipo de cavaco gerado. aresta postiça. Usinagem com velocidades mais altas. Em geral. ferros fundidos nodulares (NCI). Também há classes disponíveis que atendem aplicações com uso de refrigeração. mas reduz a usinabilidade.2 mostra a usinabilidade relativa dos aços inox.3. o qual é a solubilidade máxima de C na fase austenítica. Adições de S são usadas para melhorar a usinabilidade. e ferros dúcteis austemperados (ADI). Geralmente são usinados com ferramentas negativas (ângulos de cunha e ponta r grandes). Cr. . Costuma gerar cavacos longos. NCI. etc. Mo e N diminuem a usinabilidade. oferecem resistência a ataques de ácido e contribuem para resistência a alta temperatura. 6. Os ferros fundidos geram cavacos curtos com bom controle de cavacos na maioria das condições. principalmente para manter ao mínimo a contaminação por poeira de carbono e de ferro. Os ferros fundidos são geralmente usinados sem refrigeração.42 A usinabilidade dos aços inoxidáveis difere dependendo dos elementos de liga. ferros fundidos maleáveis (MCI). comparado ao GCI normal (Fig. Há 5 tipos principais de ferros fundidos: ferros fundidos cinzentos (GCI). fundido. O controle de cavacos é certo em materiais ferríticos e martensíticos. superfícies quentes e endurecidas por trabalho.20%) gera desgaste de flanco relativamente grande. 6. A Figura 6. Alto teor de carbono (C > 0. enquanto o encruamento aumenta. tornando-se mais complexos em tipos austeníticos e duplex (austeníticos-ferríticos). ISO K – Ferros fundidos Ferro fundido é uma composição Fe-C com um percentual relativamente alto de Si (1-3%). porém reduzem a usinabilidade. que aumentam a resistência e dureza. A usinagem cria altas forças de corte. CGI e ADI requerem maior atenção devido às diferentes propriedades mecânicas e à presença de grafite na matriz.2 – Usinabilidade relativa dos aços inoxidáveis.). tratamento térmico e processo de fabricação (forjado. Figura 6. A estrutura austenítica com teor mais alto de nitrogênio (N) aumenta a força e oferece alguma resistência contra corrosão. Os substratos de metal-duro devem ser duros e as coberturas devem ser do tipo Al2O3 espesso para boa resistência ao desgaste por abrasão.2. mas materiais de corte livre ou de usinabilidade aprimorada estão disponíveis em todos os grupos de aços inoxidáveis. especialmente em ferros fundidos com inclusões de areia. O teor de carbono é acima de 2%. ferros fundidos vermiculares (CGI).3). mas também podem ser usinados em condições com refrigeração. no entanto. Mo e V formam carbonetos. gera desgaste abrasivo na ferramenta de corte. que proporcionam arestas robustas e aplicações seguras. a usinabilidade diminui com um maior teor de liga. ISO S – Superligas resistentes ao calor (HRSA) e Titânio Os materiais HRSA podem ser divididos em ligas à base de Ni (ex. V. A usinabilidade piora de acordo com a sequência a seguir: materiais à base de Fe. 43 Figura 6. ISO N – Materiais não ferrosos Este contém metais macios não ferrosos com dureza abaixo de 130 HB – exceto por bronzes de alta resistência (> 225 HB). 6. liga Ti-6Al-4V) . As ligas de titânio podem ser divididas em quatro classes.95% Cu). materiais à base de Ni e materiais à base de Co. Todos os materiais possuem alta resistência a altas temperaturas e produzem cavacos segmentados durante o corte (controle difícil). Ligas de Al com menos do que 12-13% de Si representam a maior parcela. o que cria altas forças de corte (amplitude e oscilação) e requer alta potência de usinagem. devido à natureza química da liga e o processamento metalúrgico preciso que recebe durante a fabricação. Cr e/ou Mn) e mistura de ligas α+β. utilizar insertos com um grande ângulo de posição r (pastilhas redondas) e selecionar uma geometria da pastilha positiva (+ e +). endurecimento por trabalho e endurecimento por adesão criam desgaste tipo entalhe na profundidade de corte máxima e um ambiente extremamente abrasivo para a aresta de corte. Fe. Em torneamento e fresamento. a potência necessária para usiná-lo. Inconel 718). Inclui- se também compósitos de matriz de metal (Al + 20-30% SiC). ligas (com adições de Mo. Inconel 909) e Co (ex.5. dependendo das estruturas e dos elementos presentes: Ti puro (não tratado). O material pode ser usinado com classes de metal duro sem cobertura com finos grãos quando o teor de Si é abaixo de 7-8% e as classes com ponta de PCD para alumínio com teor de Si mais alto (Si > 12% é muito abrasivo). As ligas misturadas α+β (ex. portanto. cobre eletrolítico (99. Fe (ex. O alumínio gera cavacos longos e o seu controle é relativamente fácil (se tiver liga). ligas à base de magnésio. Baixa condutividade térmica e alta dureza geram altas temperaturas durante a usinagem. As classes de metal duro devem ter boa tenacidade da aresta e boa adesão da cobertura no substrato para oferecer boa resistência à deformação plástica. A força de corte e. As propriedades físicas e o comportamento de usinagem de cada uma variam consideravelmente. ligas (com adições de Al. aumento da resistência à tração e maior resistência à corrosão. é baixa.2. bronze (Cu com 10-14% Sn e/ou 3-10% Al) e latão (60-85% Cu com 40-15% Zn). As propriedades de alta resistência. O aumento do teor da liga (mais Co do que Ni) resulta em melhor resistência ao calor. O e/ou N).4.2. dependendo da aplicação. Stellite 21). Em geral.3 – Usinabilidade dos ferros fundidos. O Al puro é pastoso e requer aresta de corte viva (ângulos de cunha e ponta r pequenos) e alta velocidade de corte (vc). 6. ferramentas cerâmicas podem ser usadas. Tipos duros de ferros fundidos incluem ferro fundido branco (~50 HRC) e ADI/Kymenite (~40 HRC). aço para rolamento de esferas (~60 HRC) e aço- ferramenta (~68 HRC). O metal duro domina as aplicações de fresamento e de furação e é usado até aproximadamente 60 HRC. Entretanto.44 representam a maioria das ligas de titânio atualmente em uso. Titânio possui baixa condutividade térmica. Figura 6. Geralmente é usado metal duro sem cobertura de finos grãos com boa tenacidade da aresta e geometria positiva. O titânio possui uma alta relação entre resistência e peso.Aços endurecidos Este grupo de materiais contém aços endurecidos e temperados com durezas de 45 HRC a 68 HRC. gerando forças de corte concentradas próximas à aresta de corte.2. a resistência é retida a altas temperaturas. quando a peça possui exigências moderadas de acabamento superficial e a dureza é muito alta para metal duro. Stellite. com excelente resistência à corrosão a 60% da densidade do aço. a usinabilidade de ligas de titânio é insatisfatória comparada aos aços de uso geral e aços inoxidáveis. . ex. O corte geralmente produz um bom controle de cavacos. aço Mn e tipos diferentes de coberturas duras. mas também em aplicações de uso geral. 6. O aço endurecido é o menor grupo do ponto de vista de usinagem e a operação de corte mais comum é a de acabamento. principalmente no setor aeroespacial. Aços comuns incluem aço ao carbono (~60 HRC).4 – Exemplo de torneamento longitudinal externo em um material endurecido. Isto permite o projeto de paredes mais finas. Uma velocidade de corte muito alta produz uma reação química entre o cavaco e o material da ferramenta de corte. Geralmente o torneamento duro (Fig.4) é aplicado em peças com dureza entre 55 e 68 HRC. O material da ferramenta de corte precisa ter uma boa resistência à deformação plástica (dureza a quente). Cavacos finos e serrilhados criam uma área de contato estreita na face de saída. O CBN possui essas características e permite o torneamento ao invés de retificação.6. o que pode resultar em aumento repentino de lascamentos/quebra de pastilha. resistência mecânica e resistência ao desgaste abrasivo. As forças de corte e potência necessária são bem altas. Os materiais da ferramenta de corte devem ter boa dureza a quente. 8 Wisker são fibras micrométricas de SiCw usadas para aumentar a tenacidade e a resistência mecânica. aço P/M e metal duro também pertencem a este grupo. os quais impõem exigências particulares sobre as ferramentas de corte. Aço de construção (40 – 45 HRC). o que gera forças de corte altas e calor na aresta de corte. estabilidade química (a altas temperaturas). ISO H . baixo teor de cobalto e não reagir com o titânio. Cerâmicas mistas (Cermets) ou reforçadas com whisker8 são usadas em torneamento. 6. 1 – Cunha de corte da ferramenta de torneamento O fenômeno de corte é realizado pelo ataque da cunha da ferramenta sobre a peça. reparo. através do qual é possível fixar a ferramenta para construção. 7. 7. 7.2). Gera na peça a superfície em usinagem principal (Fig. Superfície principal de folga (A): superfície da cunha de corte da ferramenta que contém sua aresta principal de corte e que defronta com a superfície em usinagem principal (Fig. Aresta principal de corte S: aresta da cunha de corte formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga principal (Fig.1). portanto. e a geometria (ângulos) desta ferramenta deve ser devidamente escolhida para poder executá-la com precisão.2c). Ponta de corte: parte da cunha de corte onde se encontram a aresta principal e a secundária de corte (Fig. 7. 7. uma superfície de apoio da ferramenta (Fig. 7.2). pois é esta que rompe as forças de coesão do Prof. 45 7. Ela apresenta as seguintes partes construtivas mostradas pelas Figuras 7.1 e Fig. O rendimento desse ataque depende dos valores dos ângulos da cunha. Parte de corte: parte ativa da ferramenta constituída pelas suas cunhas de corte. controle e trabalho.1). 7.1 e Fig. Superfície de saída (A): superfície da cunha de corte sobre a qual o cavaco é formado e sobre a qual o cavaco escoa durante sua saída da região do trabalho de usinagem (Fig. 7. 7.2). Pode-se ter. 7. A parte ativa da ferramenta é construída ou fixada sobre um suporte ou cabo da ferramenta.1 e 7. Figura 7.2).2). ou a concordância das duas arestas através de um arredondamento. André João de Souza .1.2.1 e Fig. Gera na peça a superfície em usinagem secundária (Fig. 7.2). VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: GEOMETRIA DA FERRAMENTA DE CORTE 7. 7. ou a ferramenta poderá ser fixada pelo seu eixo (Fig.2a). 7. Cunha de corte: cunha formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga da ferramenta de corte (Fig. A ponta de corte pode ser uma interseção das arestas. ou o encontro das duas arestas através de um chanfro. Generalidades A ferramenta de corte é geralmente designada para realizar uma operação específica de usinagem. afiação. Aresta secundária de corte S': aresta da cunha de corte formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga secundária. Superfície secundária de folga (A'): superfície da cunha da ferramenta que contém sua aresta de corte secundária e que defronta com a superfície em usinagem secundária (Fig.2b e 7. 3 – Ângulos da ferramenta de corte: (a) plano de medida e plano de referência. (a) (b) (c) Figura 7. (b) fresamento. dos ângulos e das arestas é normalizada pela norma brasileira NBR 6163/90.2 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma ferramenta de: (a) torneamento. de posição principal (r). de ponta (r). Para a designação dos termos da cunha. . em principio. (c) furação Os ângulos da ferramenta servem para determinar a posição e a forma da cunha de corte.3 mostra os ângulos dispostos conforme os traços do plano de corte.46 material da peça. (b) ângulos no plano de medida. A Figura 7. Os ângulos e superfícies na geometria de corte das ferramentas são elementos fundamentais para o rendimento e a durabilidade delas. de cunha (). já que nesta é mais simples de exemplificar os diversos aspectos. (a) ferramenta de tornear (b) fresa frontal (c) broca helicoidal Figura 7. (c) faceamento de material dúctil com +. Os ângulos da ferramenta são classificados em: de folga (). As definições aqui representadas. do plano de referência e do plano de medida. A denominação das superfícies da ferramenta. de posição secundário (’r) e de inclinação (). valem para todas as ferramentas de corte de geometria definida. de saída (). foi empregada a geometria de uma ferramenta de torneamento. também o ângulo de inclinação ().5 – Representação dos ângulos na ferramenta em torneamento. a aresta possui resistência elevada. (a) (b) Figura 7.4a mostra os ângulos medidos no plano de medida e a Figura 7. Uma ferramenta positiva é utilizada principalmente na usinagem de matérias de baixa dureza e dúcteis. muitas vezes. Quando se fala em ferramenta positiva ou negativa. Os insertos negativos podem ter face dupla ou face única. Observe que os ângulos medidos no plano de medida são complementares ( 90o) e os ângulos medidos no plano de referência são suplementares (r r ’r 180o).4 – (a) ângulos da ferramenta no plano de medida (normal à aresta principal de corte). são a primeira escolha para torneamento externo. apresentam folga lateral e são a primeira escolha para o torneamento interno e/ou externo de peças mais delgadas.4b os ângulos medidos no plano de referência. Figura 7. . 47 A Figura 7. (b) ângulos da ferramenta no plano de referência. suportam baixas forças de corte ( pequeno). Pela representação. principalmente em condições de corte severas. Os insertos positivos possuem face única. já uma ferramenta negativa é aplicada principalmente no corte de materiais de alta dureza e frágeis – isto fortalece a cunha da ferramenta. em termos de produtividade. tomam-se como referência o ângulo de saída () e. A Figura 7. ambos são negativos. apresentam folga zero e.5 mostra os ângulos e da ferramenta em uma operação de torneamento longitudinal externo. deve-se diminuir (isto é.2. . a resistência e a dureza do material a usinar são pontos primordiais na escolha de . Figura 7. Ângulo de folga O ângulo de folga () é formado entre a superfície de folga e o plano de corte medido no plano de medida da cunha cortante. é determinado em função do material.2. A função de é evitar o atrito entre a superfície transitória da peça e a superfície de incidência (flanco) da ferramenta e permitir que a aresta de corte penetre no material e corte livremente. quanto menor . a temperatura gerada diminui. 7.48 7. no acabamento da superfície usinada e no calor gerado.2. aumentar ). maior a temperatura gerada e menor a vida da ferramenta. Ângulo da saída O ângulo da saída () é formado pela superfície de saída da ferramenta e pelo plano de referência medido no plano de medida. aumento da velocidade de avanço.6 – Ferramenta de desbaste com ângulos medidos no plano de medida. pois influi decisivamente na força e na potência necessária ao corte. por conseguinte. maiores os esforços de corte.1. quanto maior for . visto que materiais de difícil corte exercem maior pressão próxima à aresta de corte e por isso exigem uma cunha menos aguda. resistência e dureza do material da peça a ser usinada. Assim. Mas em materiais de difícil usinagem. A principal função de é aumentar a resistência mecânica da ferramenta. influencia na diminuição do atrito entre a peça e a superfície principal de folga. Portanto. Ângulos da Ferramenta no Plano de Medida 7. 7. maior a área de dissipação de calor e maior a resistência da ferramenta de corte.2. A grandeza de depende principalmente dos seguintes fatores: resistência do material da ferramenta de corte. O trabalho de dobramento do cavaco diminui com o aumento de e.3.2. O ângulo é um dos mais importantes da ferramenta. A grandeza de depende principalmente dos seguintes fatores: resistência do material da ferramenta de corte. onde a dissipação de calor é mínima. Além disso. A Figura 7. Ângulo de cunha O ângulo de cunha () é formado pelas superfícies de folga e de saída. quantidade de calor gerado pelo corte. é medido no plano de medida da cunha cortante. tais materiais provocam maior aquecimento na região mais próxima à ponta da ferramenta (cunha e quina). o aquecimento é mais próximo à quina.6 mostra a influência do ângulo de saída na deformação do cavaco visando aumentar sua capacidade de quebra. neste caso. Consequentemente. uma vez que tem influência sobre a formação do cavaco e sobre a força de corte. resistência e dureza do material da peça a ser usinada. 3. Não se aconselha usar r 90o para não acunhar a ponta da ferramenta no material. A Figura 7. Portanto.7 mostra a influência do ângulo de posição na formação do cavaco (largura. Em trabalhos de desbaste usuais 30º r 60º. tais materiais provocam maior aquecimento na região mais próxima à quina da ferramenta (cunha e ponta). Por conseguinte. 49 7. r 90o. Em trabalhos usuais. espessura e direção). visto que materiais de difícil corte exercem maior pressão próxima à aresta de corte e por isso exigem uma ponta menos aguda. aumentar o ângulo de quina (r). Na ferramenta de sangrar e no bedame. b = ap/sen r. Na ferramenta de sangrar. alterar a espessura do cavaco e o comprimento atuante da aresta de corte.3. quando r 90º.3. Ângulos da Ferramenta no Plano de Referência 7. Observa- se que quando r 90o. distribuir as tensões de corte favoravelmente no início e no fim de corte.1. o ângulo r pode variar de 30o a 60o. r 90o. b ap. influir na direção de saída do cavaco.3. O ângulo (’r) indica a posição . O ângulo (r) tem as seguintes funções: controlar o choque de entrada da ferramenta.7 – Influência do ângulo de posição na seção transversal de corte. A principal função do ângulo r – assim como do ângulo – é aumentar a resistência mecânica da ferramenta.2.3. gerar uma força passiva na ferramenta que ajuda a eliminar eventuais vibrações. O ângulo de posição principal (r) tem as seguintes funções: controlar o choque de entrada da ferramenta. 7. Não se aconselha usar r 90o para não acunhar a ponta da ferramenta no material. 7. quanto maior for r. Figura 7. Ângulo de posição secundário O ângulo de posição secundário (’r) é formado entre a projeção da aresta lateral de corte sobre o plano de referência e a direção de avanço medido no plano de referência. gerar uma força passiva (Fp) na ferramenta que ajuda a eliminar eventuais vibrações. modificar o ângulo de ponta (r). alterar a largura do cavaco (b). Ângulo de posição principal Formado pela projeção da aresta principal de corte sobre o plano de referência e pela direção do avanço medido no plano de referência. Ângulo de ponta principal O ângulo de ponta (r) é formado pela projeção das arestas lateral e principal de corte sobre o plano de referência e medido no plano de referência. influir na direção de saída do cavaco. h = fsen r e o cavaco se quebra na colisão contra a peça. 7. É determinado conforme o avanço. distribuir as tensões de corte favoravelmente no início e no fim de corte. maior a área de dissipação de calor e maior a resistência da ferramenta de corte (Fig. a espessura do cavaco (h) e o comprimento atuante da aresta de corte.8). h f e o cavaco se quebra na colisão contra a ferramenta. Se o raio r é muito pequeno. por outro lado. O raio de ponta afeta também a quebra dos cavacos gerados na operação de corte e a resistência mecânica do inserto. Se r é muito grande.50 da aresta secundária de corte. a quebra de cavacos melhora com um raio menor. 7. Um raio grande é recomendado para grandes ap e f. porém.9) que une a aresta principal e a secundária da ferramenta de corte. Raio de ponta Além dos ângulos. Figura 7. porém. .3. Isto reduz a espessura do cavaco (h) na ponta. As forças radiais que tentam empurrar o inserto para fora da superfície de corte são alteradas para forças axiais quando a profundidade de corte aumenta. 7. induz vibrações. 7. diminui a resistência da ponta. permitir que apenas uma pequena parte da aresta secundária entre em contato com a superfície usinada. há uma redução gradual de h.4. com o objetivo de reforçar a ponta e reduzir as forças atuantes na mesma. Como regra geral. A escolha do raio de ponta mais apropriado depende principalmente da profundidade de corte (ap) e do avanço (f) requeridos na operação de corte. deve-se lembrar de que o acabamento da superfície usinada depende também do raio de ponta da ferramenta (r) (Fig. evitando assim vibrações.9 – Raio de ponta no plano de referência. apenas a parte final da espessura h é reduzida. Em geral. ou seja. diminuindo a pressão específica (Ks) na ponta e reduzindo a quantidade de calor gerada na mesma. Figura 7. ap 2/3 r e/ou f = 1/2 r (Fig. também as quinas de corte são arredondadas em função do acabamento superficial da peça.10).8 – Ferramenta de desbaste com ângulos medidos no plano de referência. No entanto. Um raio pequeno é ideal para pequenos ap e reduz vibrações. 7. O grau de acabamento (quantificado pela rugosidade) obtido na superfície usinada depende em grande parte de r e do avanço (f). Sua principal função é controlar o acabamento. O raio de ponta (r) é o raio da curva de concordância medido no plano de referência da ferramenta (Fig. induz vibrações pelo aumento nas forças radiais.8). já que a aresta é mais robusta. cortes interrompidos e atenuar vibrações.11 – Ângulo de inclinação medido no plano de corte: (a) negativo. Ângulo de inclinação O ângulo de inclinação () é o ângulo formado entre a aresta principal de corte e sua projeção sobre o plano de referência medido no plano de corte (Fig. 51 ap < r ap = 2/3 r ap > 2/3 r Figura 7. (a) (b) Figura 7. 7.10 – Influência do raio de ponta na formação do cavaco e nas forças radiais.3. . proteger a quina da ferramenta contra impactos. 7. O ângulo pode variar de 10º a 10º.5.11). Tem por finalidade controlar a direção do escoamento do cavaco. (b) positivo. 52 . dureza e tenacidade são duas propriedades antagônicas (alta dureza se associa a baixa tenacidade e vice- versa).) sejam consideradas quanto à sua influência e o seu efeito sobre o resultado do trabalho.1. as condições requeridas de processo dependem do material a ser usinado. Os metais-duros sinterizados e os materiais de ferramentas baseados em materiais oxicerâmicos são outros resultados de uma pesquisa intensiva na área de materiais para ferramentas que até hoje ainda não está concluída e sim está submetida a uma melhora constante. 53 8. refinamento dos grãos. Mas um fato marcante para o desenvolvimento tecnológico foi a descoberta de metais como o cobre. A Figura 8. Partindo-se do princípio da dureza relativa. Sabe-se que o processo de usinagem baseia-se na remoção de material. Como. material da peça etc. Porém.ex. Prof. para que as variáveis envolvidas na usinagem (geometria da ferramenta. André João de Souza . VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: MATERIAL DA FERRAMENTA DE CORTE 8. pois nenhum material apresenta as propriedades a serem exigidas da ferramenta no seu mais alto grau. o surgimento de novos materiais e ligas estruturais com excelentes propriedades de resistência mecânica e elevada dureza contribuíram para o aparecimento de novos materiais para a concepção de ferramentas mais resistentes para as operações de usinagem. o balanço destas propriedades nos materiais de ferramentas de corte se tornou um desafio para os fabricantes. estudos sistemáticos sobre a tecnologia de usinagem só iniciaram no início do século XIX e levaram entre outros a descoberta de novos materiais de corte. começando com o cobre. dos parâmetros de corte e das características da máquina- ferramenta. Por outro lado. o zinco e o ferro. as ferramentas de corte devem ser usadas de forma econômica.C. depois com o bronze e finalmente com o ferro para a fabricação de armas e ferramentas. em geral. condições de corte. os materiais nitreto de boro cúbico (CBN – cubic boron nitride) e diamante policristalino (PCD – polycrystalline diamond). a seleção do material da ferramenta que produza o desempenho desejável em tais condições ainda é um desafio. a pedra foi a matéria-prima do homem. XVII foram descobertas constantes melhorias no processo de fabricação do ferro e na siderurgia do aço. e a partir do séc. utilizando na ferramenta um material mais duro e mecanicamente mais resistente que na peça. com a descoberta do aço-rápido. o que lhes confere graus compatíveis de pureza e qualidade. Já a partir de 700 a.1 mostra o comportamento de cada um dos materiais em relação a estas duas propriedades. o corte de materiais frágeis ou as operações de corte interrompido requerem materiais com suficiente tenacidade para suportar os choques e impactos inerentes ao processo de usinagem. praticamente todas as ferramentas eram executadas em ferro. Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e a viabilidade econômica do processo de fabricação. mas por volta de 4000 A. isto referido à fabricação e utilização de materiais para ferramentas. ele começou a trabalhar com metais. o americano Frederick Winslow TAYLOR (1856-1915) determinou um passo marcante no desenvolvimento tecnológico da usinagem. que colocaram o aço em posição vantajosa em relação aos metais até então conhecidos. No início de 1900. A conciliação destas propriedades foi conseguida com a produção de ferramentas com diferentes composições químicas. Além disso. controle dos processos de fabricação e do tratamento térmico. No entanto. Introdução Durante centenas de anos.C. como p. que juntos somam 90% das aplicações na indústria moderna. boas propriedades térmicas e mecânicas em altas temperaturas. cerâmica e diamantes. Apesar disso. ser quimicamente inerte. Aço-rápido (AR) O aço-rápido (AR) é usado em ferramentas de uso geral [usinagem de peças forjadas. Hoje. Com o seu advento. esse grupo de materiais ainda resiste. 8. fresas inteiriças. no final do século XIX. Desde as primeiras aplicações surgiram diversos materiais aplicados a ferramentas de corte Os dois tipos de materiais mais comuns usados em ferramentas de corte destinadas às operações tradicionais de usinagem são: o aço-rápido e o metal-duro.1 – Relação entre a tenacidade e a dureza entre os materiais aplicados como ferramenta de corte As principais propriedades desejadas em um material para ferramenta de corte são: alta dureza. priorizam-se algumas delas. à compressão e ao cisalhamento. fundidas ou sinterizadas (metalurgia do pó)]. detêm 10% das aplicações. alta resistência ao desgaste abrasivo. brochas e até em ferramentas de barra para aplicações em torneamento de peças de diâmetros reduzidos. o aço-rápido foi o responsável pelo primeiro grande salto tecnológico na história da usinagem.2. . As principais aplicações de aços-rápidos são em brocas. suficiente tenacidade para evitar falha por fratura. W.54 Figura 8. TAYLOR. esses valores são relativamente baixos. alta resistência ao impacto. alta resistência ao choque térmico. Materiais avançados como: nitreto de boro cúbico (CBN – cubic boron nitride). foi possível aumentar as velocidades de corte antes obtidas com ferramentas de aço-carbono (3 a 5 m/min) em cerca de 10 vezes (30 a 35 m/min) – razão pela qual os aços-rápidos possuem este nome (em inglês HSS – high-speed steel). em ferramentas de geometria complexa ou naquelas usadas em situações em que as velocidades de corte são mais modestas.2). cuja velocidade de corte conseguida é inferior à velocidade econômica de corte dos materiais mais resistentes (Fig. 8. Desenvolvido por F. ainda são largamente empregados (cerca de 40% das ferramentas aplicadas na indústria são de HSS). Principais propriedades: dureza a quente. resistência ao desgaste e tenacidade. pois mais de um século depois de descobertos. mas dependendo da aplicação. cossinetes. Estas não se reúnem em um só material. comparando com os materiais das ferramentas atuais. identificados pela letra “M”. Mn Aumento da tenacidade pelo refinamento do grão V. Mo. como resistência ao desgaste e coeficiente de atrito do aço-rápido não condizem com a eficiência de corte almejada. em diversos processos de usinagem. identificados pela letra “T”. Mo. Mn Profundidade de endurecimento B. além da dificuldade de obtenção da forma da fresa. sendo o aço-rápido ainda bastante usado.1 – Principais características dos aços-rápidos e suas relações com os elementos de liga presentes CARACTERÍSTICAS ELEMENTOS DE LIGA Dureza a quente W. Mo. o aço-rápido é um aço alta liga com microestrutura martensítica com inclusões de carbonetos. Mo. e aços ao molibdênio (Mo). Mn. V. Co (com W ou Mo). resistência ao desgaste e dureza a quente quando comparados com os aços-carbonos usados na fabricação de ferramentas. Porém. algumas propriedades. Cr. Mn Resistência ao desgaste abrasivo V. Diferente do que acontece com os aços convencionais. Ni Empenamento mínimo Mo (com Cr). Tabela 8. Quando da seleção de um aço-rápido. que são temperados e revenidos. Neste caso. a grande maioria das máquinas operatrizes não atinge as velocidades de corte necessárias para o uso de fresas de metal-duro.2 – Algumas aplicações dos aços-rápidos Com elevada tenacidade. Mn.1 mostra algumas dessas características e suas relações com os elementos de liga presentes. As ferramentas de aço-rápido são divididas em dois grandes grupos: aços ao tungstênio (W). ou ainda às condições tanto de operação quanto da máquina operatriz. deve-se considerar as principais características necessárias ao desempenho da função. Cr Apesar da existência de materiais para ferramenta mais avançados que o aço-rápido. os principais elementos de liga dos aços-rápidos são: W. Cr. a aplicação destes materiais é restrita devido às formas ou geometrias das ferramentas. os aços-rápidos apresentam uma elevação de dureza quando revenidos em temperaturas entre 480 e 565°C. V e Cr. Uma solução bastante usada por fabricantes de ferramentas de corte é a . Cr. 55 Figura 8. Um exemplo é a operação de fresamento com fresas de pequeno diâmetro. W. Mo. e cuja dureza exibe uma queda contínua com o aumento da temperatura de revenimento. V. Co. Si. W. Assim. dependendo da composição química. Cr. A Tabela 8. deste modo.3 ilustra o processo de fabricação da ferramenta MD. Metal-duro (MD) O metal-duro é usado em cerca de 50% das aplicações devido ao custo e à combinação da dureza à temperatura ambiente. Desde o princípio. ou deposição física de vapor. maior o calor gerado na interface ferramenta-peça. 8. por ter a propriedade de manter a dureza e assim o fio de corte. é formada em temperaturas relativamente baixas (de 400 a 600°C) e envolve a evaporação de um metal que reage. Popularmente chamadas de ferramentas de aço-rápido sinterizado. Os componentes mais importantes são o carboneto de tungstênio (WC) 9 PVD (Physical Vapor Deposition). pois quanto mais rápido se executa uma usinagem. eram soldadas a hastes ou cabeçotes metálicos para. dureza a quente. além de um número maior de elementos de liga em comparação com AR fabricado pelo processo convencional. O metal duro aumentou significativamente a produtividade. este processo de fabricação apresenta como vantagens a possibilidade do uso de partículas de carbonetos muito menores. A Figura 8. no começo. Lembrando que sinterização é apenas parte de processo de metalurgia do pó. . Figura 8. Esta cobertura geralmente é feita pelo processo PVD9. As tensões de compressão das coberturas PVD também agregam tenacidade à aresta e resistência contra trincas térmicas. foi desenvolvido em forma de pastilhas que.56 aplicação de uma camada de cobertura de material com resistência ao desgaste (e outras propriedades. baixo coeficiente de atrito) mais elevada sobre a ferramenta de aço rápido. causando acidentes. mesmo quando submetido à velocidade de trabalho inúmeras vezes superior ao que suportaria o aço rápido. estas passaram a ser intercambiáveis e fixadas mecanicamente aos seus suportes. facilitando o processo de troca de uma ferramenta gasta por uma nova. roscamento e fresamento.3 – Esquema do processo de fabricação da ferramenta de metal-duro O metal-duro é composto de carbonetos metálicos em forma de minúsculas partículas que são incrustadas em metal ligante. como inércia química. o metal-duro. por exemplo. As aplicações incluem todas as fresas e brocas inteiriças e a maioria das classes para canais. As coberturas PVD agregam resistência ao desgaste a uma classe devido à sua dureza. por ser fruto da metalurgia do pó. com melhor dispersão. bem como para materiais com tendência a abrasão. mesmo quando muito aquecido. com nitrogênio para formar uma cobertura de nitreto dura na superfície da ferramenta de corte. A ferramenta de MD pode ser aplicada em altas velocidades de corte.3. A grande vantagem do metal duro é manter o corte da ferramenta vivo por muito mais tempo. formar a chamada ferramenta. possível graças à variação da sua composição. resistência ao desgaste e tenacidade. Como as soldas não resistem às altas temperaturas geradas na usinagem e por isso soltariam as pastilhas durante o processo. A cobertura PVD é recomendada para arestas de corte tenazes e afiadas. o tamanho do grão mais fino significa maior dureza a um determinado teor da fase ligante. mais propícia ao desgaste por deformação plástica. proporcionaram maior durabilidade à aresta de corte. Mais tarde.N) ou MT-TiCN. a tecnologia do revestimento evoluiu até as pastilhas multirrevestidas. as coberturas de carbonitreto de titânio (MT-Ti(C. o TiC é um dos mais duros revestimentos utilizados. Com o tempo. Este revestimento geralmente é obtido tanto pelo processo CVD10 (85% dos casos). de tântalo (TaC) e de nióbio (NbC) (maior tenacidade ao MD) denominados Fase . Apesar de no início os revestimentos serem simples. As modernas coberturas CVD combinam MT-Ti(C. pois garantem uma coesão muito boa com o substrato. tenacidade e desgaste em virtude de otimizações e tratamentos posteriores microestruturais. mas também pode ser feito pelo processo PVD11 (15% dos casos). também chamado de MT-CVD. portanto. A quantidade e composição do ligante rico em Co controla a tenacidade e a resistência da classe quanto à deformação plástica. que podem variar do aço ao ferro fundido. melhoraram muito a performance das ferramentas de metal-duro quanto a prevenir desgastes que se originam nos processos de formação de cavacos particulares a cada tipo de material. Normalmente. As coberturas CVD possuem alta resistência ao desgaste e excelente adesão ao metal duro. ou deposição química de vapor. Mais recentemente. Além disso. com camadas sobrepostas. O tamanho do grão do WC é um dos parâmetros mais importantes para ajuste da relação de dureza/tenacidade de uma classe. A adição de carbonetos de titânio (TiC) (aumentar a resistência à craterização). Entretanto. sua dureza (e. um aumento na quantidade de ligante resultará em uma classe mais tenaz. é gerada por reações químicas a temperaturas de 700 a 1050°C. pois a camada extrafina e extremamente dura sobre o núcleo tenaz permitiu que uma mesma pastilha suportasse tanto maiores esforços de corte (em operações de desbaste) quanto altas velocidades (em operações de acabamento). outros componentes foram adicionados a essa composição básica. onde cada uma delas exerce uma função específica a fim de conter os diferentes processos de desgastes que se desenvolvem durante a usinagem. Estas camadas. Al2O3 e TiN. resistência ao desgaste) e sua baixa condutividade térmica a altas temperaturas. O primeiro metal duro revestido CVD era de uma única camada de cobertura de carboneto de titânio (TiC). o TiC ou o TiCN são revestimentos muito utilizados como a 1ª camada. que medem de 3 a 5 m de espessura. . foram desenvolvidas para melhorar as propriedades da classe devido à sua habilidade em manter a interface de metal duro intacta. Cada camada tem uma função específica e a sua associação permite oferecer um material com todas as vantagens possíveis de se obter com a técnica. O TiN se apresenta como a camada mais externa. Comumente se tem um triplo revestimento: TiC/TiCN/TiN ou TiC/Al 2O3/TiN. Um teor de ligante muito baixo pode resultar em um material quebradiço. O TiAlN tem se mostrado excelente na 10 CVD (Chemical Vapor Deposition). 57 denominado Fase (determina a resistência ao desgaste) e o metal ligante cobalto (Co) denominado Fase (determina a tenacidade). existem registros de ferramentas com até doze camadas de diferentes revestimentos.N). Uma única pastilha em uma determinada classe pode ser aplicável tanto em acabamento quanto em desbaste de metais. os pesquisadores descobriram a possibilidade de se revestir a superfície das pastilhas com finas camadas de Fase . o que garante resistência ao desgaste. As propriedades da cobertura foram melhoradas continuamente quanto às propriedades de adesão. Com um tamanho de grão igual ao WC. pois proporciona baixos coeficientes de atrito entre a ferramenta e o cavaco e entre a ferramenta e a peça. O Al2O3 é um revestimento intermediário muito empregado pela sua inércia química. Coberturas de óxido de alumínio (Al2O3) e coberturas de nitreto de titânio (TiN) foram introduzidas posteriormente. 11 PVD é amplamente usada em metal-duro para aplicações de acabamento e como a classe de pastilha central na furação. maior a tenacidade e menor a resistência ao desgaste. A letra de designação da classe é sempre acompanhada de um número que representa a tenacidade a resistência ao desgaste da ferramenta: quanto maior o número. Comumente pode-se encontrar nos catálogos de fornecedores referências sobre o grau de dureza e tenacidade das distintas classes de metal-duro. (a) (b) (c) Figura 8. A Figura 8.4 – Microestrutura do metal duro. M. (b) tamanhos de grãos de WC fino ou submícron. Juntos eles formam uma classe personalizada para sua aplicação. A tabela da Figura 8. Figura 8. além dos revestimentos aplicados na superfície da ferramenta. a presença de TiC garante maior resistência ao desgaste. Essas informações são úteis para a escolha e adequação da ferramenta ao processo de usinagem que se deseja executar. As classes de metal duro revestido são a primeira escolha para uma variedade de ferramentas e aplicações.5 – Composição do metal duro: (a) tamanhos de grãos de (WC) médios a grossos. K) depende principalmente de: A composição química do material da ferramenta.6 mostra esta designação.58 usinagem de ferro fundido e pode se aplicado na usinagem de superligas de níquel. A Norma ISO 513 (2004) (classification and application of hard cutting materials for metal removal with defined cutting edges – designation of main groups and groups of application) apresenta a classificação de grupos de ferramentas.5 ilustra os diferentes tamanhos de grão na composição do metal-duro. Por exemplo.4 mostra a estrutura do metal duro com o substrato de carboneto de tungstênio e a matriz metálica de cobalto. A Figura 8. incluindo qualidade e quantidade de carbonetos. A subdivisão dentro de cada classe de metal-duro (P. O tamanho dos grãos de carboneto: quanto mais finos. . incluindo informações sobre os seus materiais constituintes. (c) Metal duro com adição de carbonetos (fase ). maior a tenacidade da ferramenta. e uma maior quantidade de Co garante maior tenacidade. Metal duro revestido combina metal-duro com uma cobertura. aliada a uma maior dureza média. 4. (d) CBN.7 mostra as ferramentas avançadas de geometria definida utilizadas em operações de corte de alto desempenho: (a) Cerâmica branca. ferramentas avançadas trazem benefícios adicionados à usinagem em grande escala. Ferramentas avançadas podem dobrar as taxas de usinagem. Durante muitos anos as cerâmicas não obtiveram sucesso comercial por exigirem máquinas-ferramentas com altas . 59 Figura 8. 8. furar e fresar peças complexas de difícil usinagem com mais eficiência. que permitem tornear.4.6 – Classificação dos metais duros segundo a norma ISO 513 (2004) 8.1. reduzindo as forças na máquina e possibilitando também a economia de energia. Materiais Avançados Na busca por aumentar produtividade. Cerâmicas As cerâmicas são muito importantes na usinagem em alta velocidade de aços e ferros fundidos (a velocidade de corte pode ser 4 a 5 vezes maior que as usadas em ferramentas de metal duro). (b) Cerâmica mista. enquanto prolonga a vida útil da aresta. (c) PCD. A Figura 8. 7 – Ferramentas avançadas: (a) cerâmica branca. A camada é isotrópica (as propriedades mecânicas não variam com a direção) e nunca atinge a dureza do diamante monocristalino na direção de máxima dureza. borrachas e plásticos). A cerâmica branca consiste de materiais com óxido de alumínio superior a 90%. CrO2 ou Ni2O3. Diamante É o material mais duro conhecido. esferoidais ou cinzentos com dureza de até 700 HB e de aços (de cementação. A lapidação deve ser feita na direção de menor dureza e a montagem no porta-ferramenta deve ser feita na direção de máxima dureza. A alta velocidade de corte implica em um fluxo intenso de cavacos. as arestas podem ser lapidadas em ângulos apropriados). MnO2. maiores resistências a impactos e desgastes no flanco e na face. O componente principal é o coríndon (Al2O3).98% de pureza.2. aço-rápido e de alta liga) com dureza de até 64 HRC. uma composição de 90 a 99% de coríndon e o restante de SiO2. e Borts (seu valor depende da dureza. bronze.1 mm/volta) e altas velocidades de corte (na ordem de 1000 m/min) permite excelente acabamento (semelhante à retificação). Ballos (são duros em função de sua estrutura. geralmente de cor preta. latão. liga de estanho. Aplicam-se para a usinagem fina (precisão e qualidade semelhante ao polimento).4. A qualidade da ferramenta cerâmica oxida depende da sua pequena porosidade associada a pequenos tamanhos de grãos. A presença dos óxidos e carbonetos metálicos inibe o crescimento dos grãos. de beneficiamento. borracha. com adição de óxidos e carbonetos metálicos. tornando necessária a remoção eficiente e a proteção do operador. 8. ou então. A cerâmica mista (CERMET) possui teor de Al2O3 menor que 90%. As cerâmicas de corte são classificadas segundo o seu teor de óxidos de alumínio em cerâmica branca e cerâmica mista. Os diamantes naturais (MCD – Monocrystalline Diamonds) são monocristalinos e anisotrópicos (as propriedades mecânicas variam com a direção). Empregadas em desbaste e acabamento de ferros fundidos duros. cobre. têm razoável condutividade térmica. Ela é obtida por prensagem a quente. Podem ser naturais (MCD) ou sintéticos (PCD). especialmente o TiC e o WC. Os diamantes sintéticos (PCD – Polycrystalline Diamonds) são policristalinos produzidos pela sinterização de partículas de diamante com cobalto num processo de alta pressão (6000 a 7000 MPa) e alta temperatura (1400 a 2000oC). São classificados em: Negros (usados em ferramentas para afiar rebolos e pontas de brocas para trabalhar fibras. são menos frágeis e menos sujeitos às trincas térmicas que as brancas. resultando em alta dureza. da qualidade e do número de bordos naturais de trabalho que oferece. não se aplicam à fabricação de ferramentas de corte). (c) PCD. sendo que as peças são obtidas pela prensagem a frio da matéria-prima que pode ser Al2O3 com 99. (d) CBN. maior tenacidade. o que dá a cor branca. produzindo uma estrutura mais fechada. (a) (b) (c) (d) Figura 8. CERMETS são condutores elétricos. vidros.60 velocidades de corte. A matéria- . o qual é uma forma estável da alumina. (b) cerâmica mista. maleáveis. potências elevadas e extrema rigidez. São indicados na usinagem de metais leves. plásticos e pedras. O material de partida é um pó finíssimo (1 a 10 m). A possibilidade de se utilizar baixos avanços (na ordem de 0. mesmo em condições difíceis. para cortes interrompidos. carvão-grafite.3 mm e profundidades de corte inferiores a 2. Uma camada de 0. levando a aresta cortante a um rápido desgaste. ligas resistentes a altas temperaturas a base de Ni e Co. Os insertos de CBN são fabricados da mesma forma que os de diamante policristalino. o nitreto de boro cúbico (CBN – Cubic Boron Nitride) é o material mais duro que se conhece.5 mm. 8. geralmente lítio. de granulação muita definida para obter o máximo de homogeneidade e densidade. revestimentos duros com altas porcentagens de WC ou Cr-Ni. O PCD é usado em operações de acabamento e desbaste na usinagem dos mesmos materiais usinados pelo MCD. . As usinagens de aço e ferro fundido não são possíveis com diamante em virtude da afinidade do ferro com o carbono: devido à alta temperatura na região de corte. ou então é ligada ao metal-duro através de uma fina camada intermediária de um metal de baixo módulo de elasticidade. o carbono se transforma em grafite e reage com o ferro.20 mm. na usinagem de peças forjadas e fundidas e peças de ferro fundido coquilhado. ou é aplicada diretamente sobre a pastilha de metal-duro sinterizado previamente.5 mm de espessura. Além disso. com exceção de asbesto. Podem ser aplicadas velocidades de corte entre 50 e 200 m/min. Ele é obtido sinteticamente pela transformação do nitreto de boro de estrutura hexagonal em estrutura cúbica sob pressões de 5000 a 9000 MPa e temperaturas de 1500 a 1900oC. obtendo rugosidades inferiores a 1. especialmente contra a oxidação. metal- duro pré-sinterizado.06 mm/volta e profundidades de corte 0. o CBN é estável até 2000ºC enquanto o diamante não ultrapassa os 900ºC (grafitização).3. em pressão atmosférica.5 mm de espessura. 61 prima das ferramentas de corte é formada por partículas muito finas de diamantes sintéticos. avanços 0. aço-rápido. Recomenda-se velocidade de corte vc 100 m/min (não tem limite máximo: vc = 2000 m/min foi usado com sucesso). São empregadas na usinagem de aços duros (45 a 65 HRc). usinagem fina. fibras reforçadas de vidro-carbono.1 a 0. CBN Depois do diamante. Pela sua resistência ao impacto podem ser usadas em grãos abrasivos (rebolos). Outra vantagem é a não afinidade química do CBN com aços e ferros fundidos. que são de difícil usinagem. O CBN é quimicamente mais estável que o diamante. na presença de um catalisador.02 f 0. sobre uma base de metal duro.0 m – dispensando a etapa posterior de retificação. Especial aplicação na usinagem de ligas de Al-Si.4. na presença de uma fase ligante. avanços de 0.01 ap 0. desbaste e acabamento. de partículas de CBN é sinterizada num processo de alta pressão e altas temperaturas. A camada de 0. 62 . o desaparecimento das formas tradicionais de trabalho. utilizadas para fabricação de calibradores. distribuidores hidráulicos ou amplificadores eletrônicos. com evidentes reflexos sobre o seu custo. Essas máquinas funcionam com a ajuda de um gabarito. 63 9. Através de transformações sucessivas chega-se então à forma desejada. contudo. VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: MÁQUINAS OPERATRIZES E PARÂMETROS DE CORTE. Máquina-ferramenta é a máquina constituída por um conjunto de componentes/elementos/sistemas mecânicos. Combinações simples permitem obter formas helicoidais (roscas e perfis de dentes de engrenagens) e superfícies combinadas (perfis simultaneamente helicoidais e cônicos). A sucessão ordenada dessas transformações é chamada de ciclo de fabricação. Para que seja econômico atribuir-lhes tarefas menos repetitivas.1. ou por comparação ótica de um traçado com o perfil da peça. é necessário que a quantidade de material a retirar seja grande e que a quantidade de peças a reproduzir compense os gastos com o ferramental. virabrequins. capaz de transformar fisicamente um corpo (formato geométrico e dimensões). É possível prever que as máquinas de reprodução clássicas associadas a equipamentos de comando numérico serão reservadas para os trabalhos em grandes séries. 9. pois interfere na avaliação do interesse industrial de cada método de trabalho. eixos-comando de válvulas etc. O fator econômico não deve ser negligenciado. Perfis mais complexos podem ser obtidos por reprodução. Máquinas-ferramentas têm um sentido mais limitado e significa “um conjunto de mecanismos que permite fabricar alguma coisa”. o que tornou indispensável o uso de servomecanismos comandados por embreagens magnéticas. A viabilização técnica e econômica dos novos métodos não implica. A transformação física que o corpo sofre até chegar a sua forma final pode ser com ou sem a retirada de material. As máquinas-ferramentas clássicas realizam. Prof. merecem menção as retificadoras de cames cilíndricos. André João de Souza . hidráulicos e/ou pneumáticos (simples ou complexos). elétricos. Uma definição simples para as máquinas-ferramentas é que são máquinas utilizadas para fabricar outras máquinas. Entre as máquinas de reprodução que funcionam por abrasão. Aqui será abordado apenas o estudo das máquinas que transformam corpos e formam cavacos na retirada de material. foi necessário acrescentar potência e massa a essas máquinas. com muita facilidade. Nos dois casos é necessário operar com ferramentas adequadas para se chegar ao objetivo. Para usinar peças de grandes dimensões. é possível conseguir exatidão em superfícies planas e superfícies de revolução. Os pantógrafos para gravação de moldes e de matrizes e as laminadoras de roscas são exemplos desse tipo de máquinas. movimentos retilíneos e de rotação. Esta transformação pode ser tanto por usinagem como por conformação. Com elas. Quase sempre o produto final parte de um corpo que tem uma forma aproximada. Máquina-Ferramenta O conceito de máquina é bastante genérico e significa “um conjunto de mecanismos capaz de cumprir uma determinada função”. Máquinas-ferramentas de usinagem têm um sentido mais restrito ainda e abrange aquelas cuja função é permitir a geração de cavacos na remoção de material da peça. 21. (a) (b) (c) (d) Figura 9. Esta árvore pode deslizar na direção de seu eixo. como sangramento e faceamento por exemplo. com comando numérico etc. Quanto ao tipo de máquina. consistem basicamente de uma árvore.2. tem-se a manual (ou sensitiva) ou automática (elétrico ou hidráulico). Maiores detalhes no Capítulo 17. Os centros de torneamento são máquinas numericamente controladas capazes de efetuar operações simultâneas em diferentes direções da peça. copiador. chamadas de centros de torneamento. existe uma grande variedade de tornos que podem ter diferentes configurações: universal. 9. que gira com velocidades determinadas. revólver.1. Furação As máquinas-ferramenta de furar.64 9. . As partes principais de uma furadeira variam de acordo com a sua estrutura. vertical. ou simplesmente furadeiras. pode-se ter: portátil. A Figura 9. A Figura 9. Quanto ao sistema de avanço. quando possuem apenas uma árvore. gêmea.1. radial e horizontal.1 – Máquinas-ferramentas para torneamento: (a) torno universal NARDINI. Quanto ao número de árvores: simples. Podem-se classificar as furadeiras de diversas maneiras. As operações podem ser combinadas em máquinas-ferramenta com múltiplas capacidades. de coluna. onde se fixa a ferramenta. (b) detalhe de um torno revólver. (d) torno automático “corta-tubos” ATLASMAQ.1 mostra algumas máquinas-ferramentas para torneamento.1. de bancada. (c) torno CNC ROMI.2 mostra algumas máquinas-ferramentas para furação. e múltipla quando possui três ou mais árvores. Torneamento Para o desempenho de diferentes operações de torneamento. que possui duas árvores. automático. Maiores detalhes no Cap. Também se pode ter uma mesa onde se fixa e movimenta-se a peça.. a posição do eixo-árvore em relação à mesa de trabalho e a sua aplicação.2 – Máquinas-ferramentas para furação: (a) furadeira de bancada SCHULZ. . dar à superfície da peça usinada a exatidão de medidas que permita a ela intercambiabilidade. Maiores detalhes no Cap. 9.3 mostra algumas máquinas para fresamento.4. universal (pode ser configurada para vertical ou horizontal). ou simplesmente fresadoras. 65 (a) (b) (c) (d) Figura 9.1. A Figura 9. a retificação permite: reduzir rugosidades ou saliências e rebaixos de superfícies usinadas com tornos. dentadora (específica para usinar engrenagens). multiplex. omniversal (universal com a mesa que pode ser inclinada). (b) furadeira de coluna CLARK. furadeiras. especiais. As fresadoras são. Para tanto. pantográfica (gravadora). As fresadoras podem ser classificadas de diversas formas. cementação ou nitretação. Quanto à sua estrutura podem-se ter fresadoras de oficina (ou ferramenteira – maior flexibilidade) e de produção (maior produtividade). Assim. Quanto à posição do eixo-árvore: horizontal (eixo árvore paralelo à mesa de trabalho).1. corrigir peças que tenham sido deformadas ligeiramente durante um processo de tratamento térmico. as partes principais de uma fresadora podem variar de uma configuração para outra. ser facilmente operáveis. na maioria dos casos. fresadoras. Retificação Retificar significa corrigir irregularidades de superfícies de peças. Por existirem diversos modelos. Quanto ao sistema de avanço pode-se classificar como manual ou automática (elétrica ou hidráulica). a estrutura. elas devem: ser projetadas para suportar grandes esforços. duplex (dois eixos-árvore simultâneos). copiadora (o apalpador toca um modelo e a ferramenta o reproduz na peça). 25. tríplex.3. chaveteira (específica para fazer chavetas internas e/ou externas). sendo que as principais levam em consideração o tipo de avanço. (d) furadeira horizontal VERRY STILLER. (c) furadeira radial BRUMAGIO. classificadas de acordo com a posição do seu eixo-árvore em relação à mesa de trabalho. possibilitam usinar praticamente qualquer peça com superfícies de todos os tipos e formatos com auxílio de suas ferramentas e dispositivos especiais. Quanto à aplicação. Fresamento As máquinas-ferramentas de fresar. vertical (eixo árvore perpendicular à mesa de trabalho). 9. apresentar acionamento eficiente e posicionamentos precisos do eixo-árvore e da mesa de trabalho (lugar da máquina onde se fixa a peça a ser usinada). tem- se fresadoras: convencional (ferramenteira). remover camadas finas de material endurecido por têmpera. em geral as retificadoras podem ser manuais. A máquina deve fornecer como a sua operação mais trivial. optar pela máquina mais adequada.3 – Máquinas-ferramentas para fresamento: (a) fresadora vertical FRITZ WERNER. ela é automática. semiautomáticas e automáticas. (b) fresadora universal DEB’MAQ (c) fresadora CNC (centro de usinagem) DIMA. Maiores detalhes no Cap. A Figura 9. 29. aquela operação ou operações necessárias para confecção das peças. Quanto ao movimento. deve-se considerar: Tipo de máquina. mais simples. para.4 mostra algumas máquinas para retificação. Há basicamente três tipos de retificadora: a plana (horizontal e vertical). bem como da perspectiva de expansão ou da versatilidade de fabricação de produtos. 9. . No caso da centerless. A escolha se inicia evidentemente no tipo de peça a ser produzida.66 (a) (b) (c) (d) Figura 9. (d) hexapod VARIAX (Universidade de Nottingham) A retificadora é uma máquina empregada na usinagem de peças para dar às suas superfícies uma exatidão maior e um melhor acabamento do que os conseguidos em máquinas convencionais. pois se trata de uma máquina utilizada para a produção em série. Escolha da máquina-ferramenta A escolha de uma máquina ferramenta para uma determinada aplicação envolve pessoal técnico que tenha conhecimento na área de produção. As peças geralmente precisam ser submetidas a tratamento térmico de têmpera para serem retificadas. Para tanto. em função das necessidades da empresa. a cilíndrica universal e a cilíndrica sem centros (centerless).1.5. Potência consumida é função da resistência oferecida durante a operação. Ou seja. inclusive com possíveis adaptações. antes de se adquirir uma máquina-ferramenta. retificadora plana vertical EUROSTEC RAPG500 (c) retificadora cilíndrica universal MELLO UNS-2/1000. Capacidade de produção. Rendimento. 67 (a) (b) (c) (d) Figura 9.4 – Máquinas-ferramentas para retificação: (a) retificadora plana horizontal CLEVER RP4080. Potência. quanto menores as perdas. número de operações. O que queremos e o que a máquina pode produzir. O nível de vibrações na estrutura da máquina e componentes. o tipo de peça. Potência instalada é função do porte da máquina. Versatilidade. o interessado tenha os dados relativos a velocidade de produção desejada nas várias etapas de crescimento da indústria para comparar com os limites máximos de produção oferecidos pela máquina. Uma vez definidos. com relação à energia consumida para o acionamento é o parâmetro que entendemos ser o mais importante. (d) retificadora centerless. Precisão dimensional. Novamente uma questão de comparação entre as tolerâncias exigidas pelas peças a serem produzidas e aquelas que a máquina permite. faz-se uma análise da autonomia oferecida pela máquina ferramenta. maior a eficiência. tamanho. (b). A energia disponível na ferramenta de corte. É evidente que a massa estrutural e sua distribuição devem ser criteriosamente estudadas para que a rigidez seja a melhor possível. volume. menor o custo de produção. A escolha deve recair sobre a necessidade. durante a usinagem define a qualidade superficial assim como a linearidade e geometria previamente definidas no desenho. É importante que. Rigidez. . possibilidade de fabricação de outras peças. b). Parâmetros de Corte Para cada operação de usinagem é necessário decidir quais serão os parâmetros de corte utilizados [velocidade de corte (vc). (a) (b) (c) Figura 9. Capacidade de carga. as operações de corte nos diferentes processos de usinagem são de desbaste (fase inicial) e/ou de acabamento (fase final).1. e as operações de corte envolvidas. As máquinas podem ter faixas grandes com grandes intervalos (grandes escalões) ou faixas pequenas com pequenos intervalos (escalões) de velocidades ou vice-versa.5a. visa obter na peça a forma e dimensões próximas das finais (Fig.5c). Como já mencionado no Cap. nos três eixos. Levando-se em conta o volume de material removido por unidade de tempo e o acabamento da superfície usinada. Nos três eixos (x. 9. os valores adotados para os parâmetros de corte podem ser grandes ou pequenos. A seleção apropriada destes parâmetros depende também de outras variáveis de entrada que devem ser escolhidas com antecedência: a quantidade total de material a ser removido. dependendo da necessidade e da disponibilidade de materiais e/ou ferramentas. Muitos fatores vão de encontro a tais decisões. avanço (f) e profundidade de corte (ap). Além das dimensões existem materiais de diferentes densidades. 9. os materiais da peça e da ferramenta. ou ambos (Fig. a combinação de uma profundidade de corte (ap) máxima possível e de um grande avanço (f) com uma baixa velocidade de corte (vc) determina uma alta taxa de remoção de . As variações de velocidades oferecidas pelo equipamento são imprescindíveis como parâmetros de escolha. pois todas as variáveis dependentes de saída são influenciadas por elas. ou um acabamento especificado.2. (b) desbaste final (dimensões). Peças longas de pequena seção ou peças curtas de grande seção levam a seleção de máquinas de autonomia diferente. não haverá prejuízo na rigidez da máquina-ferramenta.5 – Operações de corte em torneamento: (a) desbaste inicial (forma). Se as peças a serem produzidas exigem baixas velocidades com pequenas variações. 2. Assim. 9. 9. z) é importante já se ter estabelecidas as dimensões de mínimo e máximo de operação. é importante verificar se.2. as operações de desbaste são aplicadas nos casos em que a usinagem. anterior a de acabamento. para um material de maior densidade. largura de corte (ae)]. (c) acabamento. Operações de desbaste Como regra geral. Espaço útil de trabalho.68 Faixa velocidade de trabalho. Logo para um mesmo volume. a escolha recai sobre aquela que mais próximo desta faixa oferecer. y. Já as operações de acabamento são aplicadas nos casos em que a usinagem é destinada a obter na peça as dimensões finais. há uma garantia das tolerâncias requeridas pelo projeto pela utilização de ferramentas adequadas à forma do produto final.2. empenamento da peça.6 – Formação de cavaco e superfície usinada em torneamento com inserto TaeguTec dupla-face Serie H: (a) operação de desbaste.. é deixado somente um sobrematerial para acabamento e o tempo de usinagem tende a ser menor. Os cavacos obtidos são grossos e a superfície da peça desbastada apresenta sulcos profundos (Fig. (a) (b) Figura 9. que permitem operações pesadas. Os cavacos obtidos são finos e a superfície da peça acabada apresenta sulcos quase que imperceptíveis (Fig. das Considerações Econômicas do Processo de Usinagem. Assim. Os limites de aplicação dessa regra são dados pela progressiva piora do aspecto da superfície usinada e pelo aumento das forças atuantes na ferramenta. Quão pequena deve ser essa vc.2. quebra da ferramenta. dificuldade de sujeição da peça que escorrega na placa. 9. Quão grande deve ser essa vc. 20. 9. haverá grandes tempos de usinagem (baixo avanço f) com pequena remoção de material. Maiores detalhes no Cap. dimensional e geométrica da peça. depois de escolhidos f e ap. pois. depende das Considerações Econômicas do Processo de Usinagem.6b). Maiores detalhes no Cap. Neste caso ocorre a remoção da maior parte do material. Operações de acabamento O objetivo é obter qualidades superficial. 69 material durante uma dada vida da ferramenta sem muita preocupação com o acabamento superficial. . A aplicação dessa regra geral é bastante vantajosa na usinagem de peças estáveis em máquinas rígidas. grande quantidade de cavaco é retirada na unidade de tempo e se otimiza a vida da ferramenta. 20. Assim. No entanto. na peça e na máquina.6a). O avanço é limitado pela resistência da ferramenta e pela força de corte que pode causar vibração e a profundidade de corte é limitada pela força de corte e pelo sobrematerial da peça. como regra geral. novamente. depende. mesmo com grandes velocidades de corte. (b) operação de acabamento. a combinação de um avanço (f) mínimo possível e de uma pequena profundidade de corte (ap) com uma alta velocidade de corte (vc) faz com que se tenha a geração de uma quantidade razoável de cavaco na unidade de tempo sem que haja influência da vibração na remoção do sobrematerial da peça. Assim. problemas de qualidade de acabamento. 9. depois de escolhidos f e ap. No limite há. deformações elásticas na máquina-ferramenta etc. 70 . mas sem uma padronização. meios de lubrificação e arrefecimento. de modo a assegurar que suas funções sejam adequadamente exercidas. possivelmente pelo fato de os primeiros sistemas serem rígidos e possuírem poucos graus de liberdade. Direção B se justifica quando o fluido é aplicado na interface ferramenta/cavaco sob elevada pressão.1. quando escolhidos e aplicados apropriadamente.). A seleção correta do fluido para uma combinação particular peça/ferramenta pode significar a diferença entre o sucesso e o fracasso em quase todos os processos. Existem diversas formas de classificar os meios lubrirrefrigerantes. Entretanto. emulsões. óleos. A h PEÇA CAVACO B FERRAMENTA C D Figura 10. 71 10. A seleção deve recair sobre o meio que possua composição química e propriedades corretas para lidar com as adversidades de um processo de usinagem específico.ex. Prof. mostra-se inadequada quando cavacos emaranhados são gerados. soluções) representa a grande maioria nas aplicações em usinagem. dificultando assim a aplicação do fluido em outras direções. ar comprimido. pois impedem o acesso do fluido à interface ferramenta/cavaco. óleos de corte.1 – Direções possíveis de aplicação do fluido lubrirrefrigerante Direção A é a mais tradicional. o uso de meios lubrirrefrigerantes (também chamados fluidos de corte. VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: MEIOS LUBRIRREFRIGERANTES. 10.g. líquidos refrigerantes etc. traz benefícios.1 mostra as direções possíveis. grafita e S2Mo) e gasosos (e. Na usinagem.g. N2) seja eventualmente descrita na literatura técnica. André João de Souza . já que a aplicação se dá no sentido contrário ao do movimento do cavaco. A Figura 10. qualquer esforço para aumentar a produtividade e/ou reduzir custos deve ser considerado. O fluido deve ser aplicado de modo que permita a sua ação o mais próximo possível da aresta de corte nas interfaces peça/ferramenta/cavaco. CO2. a aplicação de meios líquidos (e. Embora a utilização de meios sólidos (p. Generalidades Em se tratando de sistemas de fabricação. Não há um consenso em relação à melhor direção de aplicação do fluido. 2 ilustra exemplos de aplicação do fluido lubrirrefrigerante em operações de torneamento. (d) retificação centerless. fresamento e retificação. Além dos custos operacionais. melhorar o acabamento da superfície usinada. aumentar a eficiência da remoção do cavaco da região de corte. perfuração profunda).2 – Aplicação do fluido lubrirrefrigerante em: (a) torneamento. É indicada para as operações de furação (em especial. (b) furação. proteger a máquina-ferramenta e a peça contra a oxidação. essa posição está relativamente protegida dos cavacos. Direção D leva em conta os canais internos de lubrificação. (a) (b) (c) (d) Figura 10. consequentemente. No entanto. A lubrificação e a refrigeração têm por finalidade: aumentar a vida da ferramenta. com a principal vantagem de se atuar diretamente no local de corte. a utilização do fluido lubrirrefrigerante em processos de usinagem gera custos associados a: a aquisição. em que se dispensa a intervenção manual no alinhamento de bocais. o controle em serviço e o descarte. outros fatores como impacto ecológico. furação.72 Direção C apresenta a vantagem de atingir diretamente a interface peça/ferramenta. Além disso. região esta difícil de ser atingida. exigências legais quanto à preservação do meio . o armazenamento. o preparo. a potência de corte. fresamento. Apesar dos benefícios apresentados. reduzir o risco de distorção da peça. Estas despesas chegam a 16% do custo total de fabricação da peça. (c) fresamento. são necessários investimentos em máquinas e ferramentas que possibilitem o fluxo nesta direção. A Figura 10. torneamento. roscamento e escareamento e para máquinas com troca automática de ferramentas. reduzindo assim o desgaste de flanco e contribuindo para a qualidade da superfície usinada. reduzir a força e. anticorrosivos. O fluido deve desempenhar funções secundárias como o transporte do cavaco para fora da região de trabalho. na região de cisalhamento. a refrigeração tem pouca importância. e isso deve ser evitado. Em baixas velocidades de corte. e o corte completamente sem fluido (corte a seco).05 litros por hora. haverá redução do coeficiente de atrito e. detergentes etc. Além disso. Dentro da indústria. A segunda. Redução do atrito entre ferramenta e cavaco Durante o processo de formação de cavaco. A terceira. Em operações de retificação.1. aparecem três fontes distintas de calor. ainda que a temperatura na interface ferramenta/cavaco não seja significativamente alterada. as temperaturas são elevadas. indicada como Zona B. 10. preservação da saúde do ser humano etc. A melhoria introduzida pelo fluido lubrirrefrigerante neste processo. mesmo que a concentração de óleo seja mínima. afeta uma face do cavaco e uma face da ferramenta. o fluido favorece a transferência de calor da região de corte. Para que a utilização do fluido seja minimizada. passaram a justificar os esforços atuais no sentido de reduzir o consumo de fluidos lubrirrefrigerantes. indicada pela Zona C na Fig. indicada como Zona A. ocorre a deformação plástica do material que está sendo usinado (transição da estrutura da peça para estrutura do cavaco). Fora da indústria. onde uma quantidade mínima de óleo é pulverizada em um fluxo de ar comprimido a vazões inferiores a 0. Deste modo. as questões ambientais envolvem danos à saúde do operador devido ao contato do fluido lubrirrefrigerante com sua pele e a respiração e/ou ingestão de poluentes derivados dos mesmos. e ocorre devido ao atrito na interface cavaco/ferramenta.). como refrigerante. quando do descarte ao fim de sua vida. 10.2. 73 ambiente.2. afeta parte da superfície de folga da ferramenta e toda a superfície usinada da peça. onde o cavaco desliza sobre a superfície de saída da ferramenta.3. um aquecimento demasiado leva a uma dilatação térmica do componente. duas técnicas têm sido intensamente experimentadas: o corte com mínima quantidade de fluido (MQF). a QRF é marcada por vazões inferiores a 60 litros por hora. 10. Em altas velocidades de corte. especialmente do fluido onde predomine o caráter lubrificante. a refrigeração da região de corte. portanto. as condições não são favoráveis para a penetração do fluido nas interfaces para que ele exerça suas funções. Isto pode ser conseguido com uma mistura adequada de aditivos (antiespumantes. Funções dos Fluidos Lubrirrefrigerantes A exigência primária feita a um fluido lubrirrefrigerante para o processo de usinagem é que ele reduza os custos de produção pela redução do desgaste da ferramenta e pela melhoria da superfície do componente usinado. enquanto a lubrificação é fundamental para reduzir o atrito peça/ferramenta e ferramenta/cavaco e evitar a formação da aresta postiça de corte (APC). da temperatura. A aplicação de quantidade reduzida de fluido (QRF) em processos de usinagem com ferramentas de geometria definida é caracterizada por vazões inferiores a 120 litros por hora. além disso. A primeira. caso em que as temperaturas são menores. uma vez que para uma exigência maior de tolerância dimensional. e ocorre devido ao atrito na interface ferramenta/peça. Esta fonte afeta todo o volume de cavaco formado. A eficiência da lubrificação dependerá da habilidade de penetrar nas interfaces no curto período de tempo disponível e de formar um filme com resistência ao cisalhamento menor que a resistência do material da peça. bem como a refrigeração da peça. é a redução da intensidade das três fontes de calor: . o fluido lubrirrefrigerante afeta o solo e a água. reduzindo assim a temperatura da ferramenta e da peça. quando da própria utilização deste fluido. afeta o ar. quer pelo enfraquecimento da cunha cortante. . evitam-se problemas na ferramenta.3.3) contribuem para a elevação da temperatura da ferramenta. 10.3 – Fontes de calor na formação do cavaco Zona B: o lubrificante diminui o coeficiente de atrito na interface ferramenta/peça. 10. 10. por conseguinte. duas (B e C da Fig. e ocorre menor quantidade de calor gerado pelo atrito. quer pelo arrancamento de partículas da mesma. consequentemente. As condições na interface cavaco/ferramenta favorecem a ocorrência de difusão metálica entre os materiais do cavaco e da ferramenta. O tempo de vida da ferramenta diminui exponencialmente com o aumento da temperatura de corte. que também diminui a quantidade de calor gerado pelo atrito. A diminuição de 0 acarreta um decréscimo da energia de deformação por cisalhamento 1 e. diminuindo assim o tempo de transmissão de calor do cavaco para a ferramenta.74 Zona A: o lubrificante diminui o coeficiente de atrito na interface cavaco/ferramenta. Figura 10.2. uma diminuição na taxa de deformação 0. Tal difusão ocorre sempre com prejuízo para a ferramenta. Refrigeração da peça Das três fontes de calor citadas anteriormente.3) afetam diretamente a peça em usinagem e provocam um aumento da temperatura da mesma. Este aquecimento pode conduzir a quatro fatores indesejáveis: Deformações da peça devido às tensões oriundas de grandes aquecimentos locais ou mesmo totais. Zona C: a diminuição do coeficiente de atrito (µ) entre o cavaco e a ferramenta promove um aumento do ângulo de cisalhamento () e. 10. que significa que o cavaco se afasta mais rapidamente da superfície de saída da ferramenta.2.2. uma diminuição da quantidade de calor gerado. Outra decorrência do aumento do ângulo é o aumento da velocidade do cavaco (vch). Ao se evitar que a temperatura suba. na peça e na máquina- ferramenta. Refrigeração da ferramenta As três fontes de calor supracitadas (Fig. O desgaste. O que ocorre é que a peça apresenta medidas diferentes quando aquecida em relação às medidas no estado de temperatura ambiente. Como resultado. Uma ferramenta terá custo menor quanto maior for a sua produção.2. pelo cavaco ou pela própria irradiação para a máquina. O emprego de fluido lubrirrefrigerante auxilia na quebra do cavaco e facilita a sua expulsão em alguns casos. em especial. diminui-se o desgaste da ferramenta. o que consequentemente prejudicará as medidas finais da peça usinada. Sua presença na região de corte pode provocar danos ou deformações na peça. para os aços carbono. na ferramenta ou até na máquina. Dificuldade de o operador manusear a peça usinada. Falseamento das medidas da peça em trabalho (peça-obra) em operações de corte onde se têm tolerâncias estreitas. pela peça.2. o cavaco torna-se indesejável tão logo acabe de ser gerado.2. Melhorias de caráter econômico Conforme exposto anteriormente. depende da espessura da película. o custo operacional diminui. 75 Cores de revenido12 na superfície usinada (caso da usinagem por abrasão. pois a coloração correspondente a temperatura máxima permanece depois de esfriado. Melhoria do acabamento superficial Os fluidos atuam como agentes lubrificantes e refrigerantes. transferido pela ferramenta. 10. furação e fresamento. que no início é muito fina e decompõe a luz de modo a dar certa coloração à peça.5. Com isso.6. é função de temperatura da peça. poderá manter a peça sempre em uma temperatura próxima à do ambiente. 12 Aquecendo-se em presença do ar uma peça de aço usinada por abrasão forma-se na sua superfície uma película de oxido. diminuindo a potência de usinagem e o consumo de energia elétrica. que ocorre entre mais ou menos 220 e 320°C. como retirá-la da máquina. Refrigeração da máquina-ferramenta O calor gerado durante a usinagem. Pode-se assim avaliar aproximadamente a temperatura a que está atingindo o aço ou a que ele atingiu. aumenta-se o tempo de vida (T) e aumenta-se a capacidade de produção.7. 10. 10. consequentemente. A refrigeração. neste caso. transportá-la etc. tem por determinantes a ação abrasiva e a difusão metálica (esta última acelerada pela temperatura). Esta coloração. o menor coeficiente de atrito na interface cavaco-ferramenta propiciado pela ação lubrificante diminui o fator de recalque (Rc = h’/h) e. por sua vez. em operações de acabamento por retificação). Expulsão dos cavacos gerados No processo de usinagem. contribuindo para o acabamento da peça usinada e para a diminuição dos danos térmicos causados na superfície. 10.4. a força de usinagem. por sua vez. O emprego de fluidos lubrirrefrigerantes poderá diminuir a severidade da ação abrasiva (lubrificação) e a intensidade da difusão metálica (refrigeração). poderá afetar as dimensões das partes da máquina-ferramenta por dilatação térmica.2. . O custo da ferramenta na operação de corte está ligado à capacidade de produção durante a sua vida. a qual. como nos processos de torneamento. expressa em número de peças usinadas no tempo. 3. Os fluidos de corte baseados em óleo mineral são classificados em ativos e inativos. O emprego desses óleos. .76 As superfícies recém-obtidas da peça pela operação de corte em usinagem podem sofrer o ataque corrosivo dos agentes exteriores (umidade atmosférica. liberar parte do S para reagir quimicamente com a superfície do cavaco em formação.4). nos últimos anos. da estrutura molecular e do grau de refino. 10. Suas propriedades dependem do comprimento da cadeia. São indicados para usinagens pesadas (Fig. Tipos de Meios Lubrirrefrigerantes Existem inúmeras formulações especiais para refrigerar e lubrificar as operações de corte. ao baixo poder refrigerante e à formação de fumos. podendo facilmente atingir o lençol freático e contaminá-lo totalmente. o que gera custo. vapores ácidos etc. com ou sem adição de aditivos.4 – Fresamento dos dentes da engrenagem em um centro de usinagem. Os aditivos Cl e S são chamados agentes EP (aditivos de extrema pressão) e possuem também propriedade 13 O uso de cloro em fluidos de corte encontra restrições em alguns países em virtude dos danos que os compostos podem causar se forem descartados incorretamente. A melhoria que certos fluidos lubrirrefrigerantes propiciam se dá pela proteção através de uma película de fluido aderida à superfície usinada. O despejo de l kg de solvente clorado pode contaminar 40000 m3 de água. tem perdido espaço para os óleos emulsionáveis devido ao alto custo. Os solventes clorados penetram no solo e acumulam-se por um longo período. prejudicando assim a peça. Os óleos ativos são aqueles que atacam a superfície em usinagem. porém todas podem ser classificadas em um dos quatro tipos básicos discutidos nos itens subsequentes.3. Uma das desvantagens que isso pode causar é a necessidade de limpeza da superfície. ao baixo ponto de fulgor (risco de incêndios). devido à alta temperatura. diminuindo ou eliminando a corrosão na peça. Os óleos minerais são hidrocarbonetos obtidos a partir do refino do petróleo. O cloro (Cl) também pode ser usado como aditivo formando uma película metálica clorada na interface cavaco/ferramenta. à ineficiência a altas velocidades de corte. Figura 10. 10. 10. pois nestes é acrescentado cerca de 2% de enxofre (S) com a finalidade de.). Óleos de corte Os óleos de corte são obtidos a partir de óleos minerais integrais. além de oferecer riscos à saúde do operador e contaminação do meio ambiente13.1. durante a usinagem. Para evitar os efeitos nocivos da água presente na emulsão empregam-se aditivos anticorrosivos. Os emulsificantes são tensoativos polares que reduzem a tensão superficial. Os fluidos emulsionáveis (erroneamente chamados “óleos solúveis”) são compostos bifásicos de óleos minerais adicionados à água na proporção de 1:10 a 1:100 enquanto que os fluidos semissintéticos caracterizam-se por apresentar entre 5 e 50% de óleo mineral no fluido concentrado. o que resulta em emulsões translúcidas. possui melhor aceitação pelo operador. Fluidos emulsionáveis e semissintéticos Nessa categoria estão os fluidos emulsionáveis e semissintéticos.5). 77 antisoldante. 10. compostos de óleo mineral e óleos graxos-sulfurados e compostos de óleos minerais e óleos graxos sulfurados-clorados. Usam-se ainda biocidas que inibem o crescimento de bactérias e fungos. A presença de uma grande quantidade de emulsificantes propicia ao fluido uma coloração menos leitosa e mais transparente (Fig. Figura 10. compostos de óleo mineral e óleo graxo.3. porém.5 – Furação em um centro de usinagem utilizando fluido semissintético. os emulsificantes promovem a formação de glóbulos de óleo menores. Dentre estes estão os óleos minerais puros. Além disso. estes devem ser compatíveis com a pele humana e atóxicos. mais econômico (diluído em água diminui os custos). redução de emissão de hidrocarbonetos). As principais vantagens desse tipo de óleo são: grande redução do calor.2. Os aditivos inativos são aqueles que não atacam a superfície em usinagem. Os aditivos EP e antidesgaste usados para aumentar as propriedades de lubrificação são os mesmos empregados para óleos de corte. permitindo altas velocidades de corte em algumas aplicações. menos agressivo à saúde e mais benefícios à segurança (não-inflamável. corantes são acrescentados para proporcionar uma cor mais viva e aceitável pelo operador da máquina. características desejáveis tendo em vista que na interface têm-se pontos de alta pressão e alta temperatura associados a um pequeno movimento de deslizamento. 10. removedor de cavaco nas condições de trabalho. promovem alta lubrificação e atuam como elementos antidesgaste. . São compostos por óleo mineral com adição de fósforo e aditivos químicos inativos. óleos graxos. Assim. Em geral. Ambos são formadores de emulsões. como nitrito de sódio. formando uma película monomolecular semiestável na interface óleo/água. Figura 10. entre outros. 10. resultando em boa visibilidade durante a operação de corte (Fig. O ar é o mais comum fluido gasoso utilizado. Os fluidos sintéticos. . 10.6 – Fresamento em um centro de usinagem utilizando ar comprimido. O ar comprimido é utilizado para melhorar a retirada de calor e expulsão do cavaco da zona de corte (Fig. biocidas. vida útil do fluido bastante grande. 10. com boas propriedades lubrificantes e refrigerantes.3. As principais vantagens desse tipo de fluido são: boa proteção anticorrosiva e alta capacidade de refrigeração. estando presente até mesmo na usinagem a seco. Fluidos gasosos (refrigeração) Consiste no emprego de meios gasosos como fluido de corte.6). Fluidos sintéticos (soluções) Os fluidos sintéticos são compostos monofásicos de óleo que se dissolvem completamente na água. fáceis de misturar.6).78 10. Apresentam vida mais longa. inibidores de corrosão. Não há adição de emulsificantes. Os mais complexos são de uso geral. Consistem de sais orgânicos e inorgânicos. Possuem agentes umectantes que melhoram bastante as propriedades refrigerantes da solução e são estáveis. caracterizam-se por serem isentos de óleo mineral. relativa facilidade no controle da concentração desejada. Os aditivos EP não são necessários. filmes residuais pequenos e de fácil remoção. uma vez que são menos atacáveis por bactérias e reduzem o número de trocas da máquina. também chamados de “soluções”. aditivos de lubricidade.5 – Furação em um centro de usinagem utilizando fluido sintético. Formam soluções transparentes. pois os compostos reagem quimicamente. quando adicionados à água. necessitando de pouca agitação. formando fases únicas. Figura 10.4.3.3. para que uma indústria atinja o sucesso produtivo. Atualmente os aspectos ecológicos tem-se tornado cada vez mais importantes dentro dos processos produtivos. visto ser esta uma usinagem antieconômica. ela deverá obrigatoriamente encontrar um estado de produção que leve em conta simultaneamente os três aspectos mostrados na Figura 10. com sua menor viscosidade. em alguns casos. Meios sólidos (lubrificação) A redução do atrito é um dos fatores que propiciam um aumento da vida útil da ferramenta de corte em usinagem. são mais efetivos do ponto de vista da penetrabilidade até a zona ativa da ferramenta. A combinação de lubrificantes sólidos e líquidos.5. Outra vantagem do lubrificante sólido em relação ao líquido é em relação à temperatura de operação que pode estender a faixa de 1000°C. baixa pressão ou vácuo e pressões extremas de contatos. pois os efeitos dos desgastes sobre a ferramenta diminuem. pois há possibilidade de ocorrer uma sinergia de propriedades de ambos. Dependendo da aplicação. qualidade exigida. Num futuro bem próximo. A aplicação de um ou de outro tipo de fluido de corte em determinada operação deve seguir. os aspectos tecnológicos e econômicos apresentam um significativo controle em quase todos os processos de fabricação por serem vitais à sobrevivência da empresa. Já os aspectos ecológicos apresentam-se como uma tímida preocupação por parte de alguns empresários. Dentre os lubrificantes sólidos. e por esta razão os esforços estão sendo concentrados no sentido de reduzir e/ou eliminar esta fonte de agressão. o que permite atingir . leis e normas de proteção ambiental estão surgindo de modo a obrigar a preocupação ambiental em todos os níveis de produção. etc. somando-se aos outros dois aspectos. entre os vários fatores existentes.3. De modo geral. uma relação de compromisso entre certos fatores do processo (tipo de operação. uma das relações usualmente predominantes nos processos industriais é a relação custo-benefício. Uma das formas de diminuir tais efeitos é a introdução de uma camada lubrificante líquida ou sólida com baixa taxa de cisalhamento entre as superfícies. Aplicação de Meios Lubrirrefrigerantes Até pouco tempo atrás.4. Neste contexto. 79 Os fluidos gasosos. e um descaso pela grande maioria. 10. o bissulfeto de molibdênio (MoS2) e o politetrafluoretileno (PTFE) – comumente utilizados em mancais. Outros gases como o argônio. materiais da peça e da ferramenta. podem trazer benefícios em relação ao atrito e ao desgaste. mantendo o coeficiente de atrito relativamente baixo. pode-se utilizar o lubrificante sólido também em aplicações de baixas temperaturas. nitrogénio e CO2 também são utilizados para a proteção contra a oxidação e refrigeração. os fluidos de corte se apresentam como um dos principais agentes nocivos ao homem e ao meio ambiente. as indústrias tinham como objetivo principal a fabricação de produtos visando satisfazer somente aspectos tecnológicos e econômicos. a administração industrial era dominada pelos “custos”. Especialmente dentro dos processos de usinagem. 10. a lubrificação sólida é a que apresenta maiores vantagens em relação à diminuição do atrito. como em outros casos nos processos de usinagem. máquina- ferramenta. Hoje em dia. pois uma vez formada a camada de lubrificante. Quase que na sua totalidade as operações de usinagem utilizam fluidos de corte. Neste período. porém apenas em casos específicos.7. Embora na maioria das aplicações tribológicas sejam utilizados lubrificantes líquidos e/ou graxas para diminuir o atrito e os desgastes da ferramenta.). os mais conhecidos são a grafite. tempo de usinagem. ele poderá permanecer entre as partes em contato. hélio. .7 – Fatores integrantes de um moderno sistema produtivo. devem atender os níveis de consumo e manter a eficiência da cadeia de produção.2. Aspectos tecnológicos O emprego dos fluidos de corte tem. Diversos estudos comprovam o elevado grau de agressão dos fluidos de corte e apontam para a necessidade de providências tecnológicas no sentido de reduzir e/ou eliminar seu uso. 10. Embora a relação não seja direta. Tomando esta linha como meta básica para reduzir o impacto ambiental dos processos de usinagem. Face a isto. Aspectos econômicos Uma maior atenção foi dispensada aos fluidos de corte quando os usuários perceberam que os custos relacionados à introdução e ao tratamento dos fluidos de corte podem atingir o dobro dos custos com as ferramentas. Estes níveis de produção. Ainda como funções significativas podem ser citadas a lubrificação da interface ferramenta/peça e a expulsão do cavaco produzido da zona de corte.4. Com o crescente desenvolvimento de novos materiais para ferramenta. por sua vez. permitido atingir volumes de produção maiores. visto que a redução nos custos com fluido de corte não é proporcional à redução dos custos totais de produção. permitindo desta forma a produção de peças dentro de estreitas tolerâncias dimensionais.1.4. acompanhado pela melhoria das características técnicas das máquinas-ferramentas.80 níveis de produtividade satisfatórios.7 e comentados nos itens subsequentes. 10. Embora os fluidos de corte tenham uma importância significativa nas operações de usinagem. Aspectos Ecológicos Leis de Proteção Exigências da Ambiental Sociedade Sistema Produtivo Aspectos Aspectos Tecnológicos Econômicos Mercado Consumidor Figura 10. os aspectos nocivos impõem a necessidade de soluções alternativas. atuando de forma eficaz principalmente na refrigeração do processo de corte. a redução do uso de fluidos de corte juntamente com uma otimização dos parâmetros de processo pode trazer benefícios econômicos ao ciclo produtivo. Estes custos refletem-se diretamente no custo total de produção. por vários anos. pode-se analisar o uso de fluidos de corte sob os três aspectos básicos dos sistemas produtivos ilustrados na Figura 10. a refrigeração e a lubrificação vêm gradativamente perdendo importância dentro dos processos de usinagem. o fluido de corte passa a ter uma maior importância na função de reduzir o aporte térmico para a peça. A Figura 10. Este contato pode ser direto pelo próprio fluido. Por outro lado.8 – Comparação das quantidades de fluido aplicado em furação: (a) normal. alguns tipos de câncer e doenças pulmonares. A criação de leis cada vez mais rígidas tenta reduzir gradativamente o impacto ambiental dos processos produtivos. A elevada razão entre a área e o volume das gotículas permite a rápida evaporação do fluido. Com isso. a névoa e a fumaça de óleo podem ser considerados subprodutos indesejáveis. fluidos com baixo ponto de fusão e alto calor latente de vaporização (i.3. provocando a refrigeração. apresentam variações de desempenho em comparação com método tradicional (jorro a baixa pressão) de acordo com as condições de corte para diferentes processos de usinagem. o vapor. Porém. vapores ou subprodutos formados durante a usinagem. normalmente nas direções B e C (Fig. reforçando a necessidade de desenvolvimento de estudos e pesquisas para reduzir e/ou eliminar os fluidos de corte em operações de usinagem. O desenvolvimento de formas alternativas não nocivas de produção passa a ser de fundamental importância para a humanidade. reaproveitar ou reprocessar estes fluidos estão sendo realizadas. Neste sentido a preocupação ecológica na cadeia produtiva ganha uma evidente importância no contexto geral da produção. Os itens seguintes abordam quatro alternativas ecológicas para minimizar tais problemas. (a) (b) Figura 10. os quais caracterizam um aumento de poluição suspensa no ar e têm se tornado fator de preocupação. com elevada concentração de água) devem apresentar melhores resultados. 81 10. eles não são consistentes.8 mostra a MQF aplicada em furação comparada com a aplicação regular de fluido lubrirrefrigerante. Pesquisas no sentido de tratar. ou seja.4. Aspectos ecológicos O fluido de corte (visto pelo aspecto ecológico) mostra-se como um agente nocivo ao homem (operador e meio ambiente).e. o fluido é aplicado em vazões muito baixas (10 a 20 ml/h). (b) MQF Embora os resultados encontrados sejam promissores (redução das forças de usinagem e da rugosidade da peça). Na técnica de MQF (também chamado atomização ou névoa). uma vez que este procedimento ajudará a conter os atuais níveis de poluição mundial.. a) Usinagem com MQF A MQF é aplicada nas operações de corte em que não é possível a eliminação do fluido lubrirrefrigerante. o descarte dos fluidos deteriorados pelo uso provoca uma agressão ao meio ambiente. 10. tem-se a necessidade do controle das emissões (por meio .1). Diversos estudos realizados mostraram que o seu contato permanente com os meios lubrirrefrigerantes pode causar vários tipos de doenças de pele. Portanto. atualmente os custos envolvidos não são atrativos. através de névoa. Isto exige adaptação das características técnicas dos fluidos. Considerando o uso da MQF na usinagem. Com isso. c) Otimização da ferramenta Outra forma de encontrar uma solução adequada à redução ou eliminação dos problemas oriundos da usinagem sem fluidos de corte é a otimização das características da ferramenta empregada no processo. mas também o tempo e o custo com a manutenção. Assim. b) Usinagem a seco Na usinagem a seco. sem perder a dureza e a resistência ao desgaste. processo e parâmetros de corte. . não se verificam as funções primárias dos fluidos de corte: refrigeração. Modernas ferramentas de corte têm sido desenvolvidas para suportar altas temperaturas na região de corte. d) Substituição do processo Para os casos em que um determinado processo não permita o emprego das opções anteriores. pois não se elimina apenas o custo com o meio lubrirrefrigerante. Entretanto. cada processo de usinagem possui características próprias e. As otimizações do substrato. mas também podem resultar de diferentes materiais (peça e/ou ferramenta) e/ou combinações de processos. exige-se uma adaptação compatível de todos os fatores influentes: máquina.9 – Fatores influentes na usinagem a seco As restrições à usinagem a seco podem ser as exigências de qualidade da peça. devem ser desenvolvidos estudos específicos para cada um. Esta otimização deve ser conjunta entre tais características e o material a ser usinado. A Figura 10. lubrificação e expulsão/transporte de cavacos.9 esquematiza os fatores influentes na usinagem a seco. Além dos aspectos tecnológicos e econômicos citados. por esta razão.82 de encapsulamento da máquina-ferramenta e de sistema de exaustão eficiente) e do ruído produzido pela linha de ar comprimido em funcionamento contínuo. é possível aumentar a produtividade com a usinagem a seco. por parte do usuário. Esta solução exige. peça. do revestimento e da geometria servem como ponto de partida para a solução dos problemas. uma solução extrema é substituir o processo em questão por um ou mais processos alternativos que permitam atingir os mesmos resultados que o processo original. os aspectos ecológicos também merecem destaque (os fluidos são nocivos ao homem e agridem o meio ambiente). Percebe-se através da atual situação da usinagem a seco que muitos processos não são possíveis de serem realizados devido à atual concepção dos mesmos e ao desenvolvimento em que se encontram as ferramentas. a disposição para avaliar os processos utilizados e aceitar o risco de tentar novas formas de produção. Características da Material a ser peça usinado USINAGEM A SECO Objetivo: obtenção econômica e funcional de peças Operação de Máquina- usinagem ferramenta Falta funções do Material da fluido ferramenta Condições de Material do corte revestimento Figura 10. ferramenta. 2. com mínima supervisão humana. VARIÁVEIS DEPENDENTES DE SAÍDA: FORMAÇÃO. Recalque Inicial. Formação do Cavaco A base para um melhor entendimento de todos os processos de usinagem está no estudo científico da formação de cavacos. Esse problema se agrava quando novas gerações de ferramentas mais resistentes ao desgaste permitem o uso de altas velocidades de corte em máquinas CNC. TIPOS E GEOMETRIAS DE CAVACO. em sistemas produtivos altamente automatizados. tais como o desgaste da ferramenta. a penetração do meio lubrirrefrigerante etc. com quebra-cavacos cada vez mais eficientes. o torneamento de aços baixo carbono. 83 11. os esforços de corte. como por exemplo. Sabe-se que o cavaco é formado em altíssimas velocidades de deformação. 11. Generalidades Nas operações de usinagem que utilizam corte contínuo em materiais dúcteis. A formação do cavaco influencia diversos fatores ligados à usinagem.1 – Fatores que influem na formação do cavaco. a utilização adequada da máquina-ferramenta etc. Uma pequena porção do material (ainda unida à peça) é recalcada (deformações elásticas e plásticas) contra a superfície de saída da ferramenta. Assim.1 ilustra os fatores que influenciam a formação do cavaco em usinagem. a segurança do operador. além de novos e mais eficazes materiais para ferramentas e a possibilidade de usinar os mais variados tipos de materiais. André João de Souza . seguidas de ruptura do material da peça. Prof. estão envolvidos com o processo de formação do cavaco aspectos econômicos e de qualidade da peça. A Figura 11.1. Este estudo tem proporcionado grandes avanços nos processos e contribuído para o aperfeiçoamento das arestas de corte. 11. o controle do cavaco (tipo e principalmente forma) pode ser imprescindível para a produtividade da empresa. o calor gerado na usinagem. Para um estudo mais detalhado. Figura 11. divide-se o processo em quatro eventos: 1. definido pelo ângulo de cisalhamento () formado entre este plano e a direção da velocidade de corte (vc). Saída do Cavaco. na prática (8° +20°). Para um maior entendimento. Deslizamento e Ruptura. a dependência maior do ângulo fica por conta de Rc. 3. nova porção do material (lamela) está se formando e cisalhando. pois o cavaco não possui uma espessura uniforme: ele é formado por lamelas justapostas com extremidades irregularmente conformadas. Deformação e Deslizamento. dependendo da extensão de propagação da trinca. 4. Como há restrição na superfície de saída (face) da ferramenta por onde o cavaco deve escoar. Continuando a penetração da ferramenta. 11. repetindo o fenômeno. Dessa forma. Enquanto isso. a Figura 10. chegando-se à área da seção transversal do cavaco (A apf = bh). a qual irá também escorregar sobre a superfície de saída da ferramenta. Grau de recalque Por meio de simplificações para o modelo bidimensional da formação de cavacos. Como o ângulo tem uma pequena faixa de variação. conforme a resistência da união entre as lamelas de material rompido. o que resulta sempre em Rc > 1.1) h vch Pode-se também definir o ângulo de cisalhamento () em função do grau de recalque (Rc) e do ângulo de saída () da ferramenta de corte (Eq. Assim. Estimativas melhores podem ser obtidas pela medida do comprimento do cavaco e da densidade do material.2. h ' vc Rc (11. dando origem a cavacos contínuos ou descontínuos. acompanhando o plano de cisalhamento.84 2. haverá uma ruptura (cisalhamento) parcial ou completa do cavaco. consequentemente há uma desaceleração do volume de material a ser transformado em cavaco (vc > vch). Esta deformação plástica aumenta progressivamente até que as tensões de cisalhamento tornem-se suficientemente grandes de modo a se iniciar um deslizamento (sem que haja perda de coesão) entre a porção de material recalcada e a peça. Porém. devido ao movimento relativo entre a ferramenta e a peça. é possível estabelecer planos e relações geométricas importantes para o equacionamento matemático do fenômeno. a espessura do cavaco (h’) é sempre maior que a espessura de corte (h). As propriedades do material e as condições de usinagem (principalmente f e vc) irão determinar quanto do segmento do material rompido permanecerá unido ao cavaco recém-formado.2) R c sen Ao contrário do que possa parecer.1. Prosseguindo-se. inicia-se um escorregamento da porção do material deformada e rompida (cavaco) sobre a superfície de saída da ferramenta. define-se o grau (ou fator) de recalque pela Equação (11. o grau de recalque não é facilmente obtido.1). pode-se encontrar o ângulo de cisalhamento. 11. cos tg (11.2).3 (Fontes de calor na formação do cavaco) mostrou esquematicamente o plano de cisalhamento (Zona C). . nos casos em que é possível estimá-lo corretamente. Admite-se também que o volume de material não se modifica durante a formação de cavacos. As deformações não levam a encruamentos acentuados. pois ele desliza suave e uniformemente sobre a face (superfície de saída) da ferramenta. lubrirrefrigerante eficiente e máquina rígida. O cavaco lamelar (ou segmentados) ocorre quando a estrutura do material é irregular ou quando vibrações (geradas por grandes avanços e/ou altas velocidades de corte) levam a variações na espessura do cavaco. pois a força de corte cresce progressivamente com a deformação do material até seu encruamento acentuado. é possível distinguir os quatro principais tipos do cavaco no diagrama tensão de cisalhamento () deformação () conforme mostra a Fig. Apresentam-se constituídos de lamelas (ou segmentos) distintas justapostas em uma disposição contínua. No cavaco cisalhado (ou cavaco parcialmente contínuo). a formação é descontínua. Tipos de Cavaco Observando os tipos de cavacos formados em usinagem. Pressupondo que as condições de corte na região de cisalhamento podem levar a um grau de deformação máxima o. velocidade de corte alta. avanço pequeno (pequena espessura de cavaco). Apesar da forma de fita externa não apresentar nenhuma evidência clara de fratura ou trinca. O cavaco é removido com ajuda de quebra-cavacos e sua formação é favorecida pela utilização de: ângulo de saída grande. O processo não é restringido por vibrações. esses fenômenos ocorrem para que uma nova superfície seja formada.2 – Tipos de cavaco em dependência das propriedades dos materiais O cavaco contínuo é o mais desejável do ponto de vista de acabamento da peça. sem fragmentação. Podem ocorrer tanto para avanços grandes como para altas velocidades de corte. 85 11. quando então a força cai bruscamente e a aresta cortante reinicia o processo de deformação. com estrutura regular. O material rompe na zona primária de cisalhamento com deformações elevadas (o P) e permanece homogêneo. dependendo das variáveis independentes de entrada. São caracterizados por grandes deformações (P o R) continuadas em estreitas bandas entre segmentos com pouca ou quase nenhuma deformação nos seus interiores. rompimento e fragmentação (o R). Trata-se de um processo muito diferente do que se verifica na formação do cavaco contínuo. 1 Cavaco contínuo 2 Cavaco de lamelas 3 Cavaco cisalhado Campo Campo de elástico Campo Campo de forma- ção de cavacos formação de plastico Campo cisalhado. ferramenta afiada. 11. repetindo-se o ciclo. verifica-se que os mesmos podem apresentar aspectos distintos. durabilidade da ferramenta e energia consumida. cavaco plástico 4 Cavaco arrancado arrancado e contínuo lamelar.2.3. Tensão Tensão B E Z 1 2 3 4 0 Grau de deformação no 0 plano de cisalhamento Grau de deformação Figura 11. A qualidade da superfície usinada passa a ser inferior e há . Apresenta-se em geral como uma fita contínua. em espiral. Figura 11.3 mostra três dos quatro tipos de cavacos obtidos na usinagem de diferentes materiais durante a sua formação: contínuo. A Figura 11. muitas vezes é danificada por microlascamentos. 11.86 uma tendência de se ter vibrações. pois os efeitos da pressão e da temperatura caldeiam (soldam por fricção) os fragmentos.3 – Tipos de cavaco: (a) contínuo. Os cavacos não são cisalhados e sim arrancados da superfície com o que a estrutura superficial da peça.4 – Formas de cavacos produzidos na usinagem dos metais (ISO 3685.4). (a) (b) (c) Figura 11. A norma ISO 3685 (1993) os classificou detalhadamente (Fig.4. (b) lamelar. cisalhado. Podem ocorrer para velocidades de corte extremamente baixas (1 a 3 m/min). é que somente o primeiro apresenta serrilhado nas bordas. Geometria do Cavaco Quanto à sua forma geométrica. 11. gerados por ruptura (tensões de tração e compressão). os cavacos podem ter a seguinte classificação: em fita. O cavaco arrancado (descontínuo ou de ruptura) tem a forma de pequenos fragmentos independentes e distintos. 1993) . já que não são capazes de suportar grandes deformações sem se quebrar. helicoidais. lamelar. O que difere um cavaco cisalhado de um contínuo (aparentemente). (c) cisalhado. em lascas ou pedaços. Entretanto. temperatura e vida da ferramenta. 11.4. Um cavaco longo. o cavaco flui na direção . Geometria da ferramenta Em princípio. Manipulação e armazenagem do cavaco. 11. Cavacos contínuos. em forma de fita. muito se tem feito no sentido de aumentar a capacidade de quebra do cavaco em materiais dúcteis. 11. pois isto determina uma retirada mais fácil do cavaco. alumínio e cobre. A obtenção destes depende muito da ductilidade (ou fragilidade) do material da peça e dos parâmetros de corte. produzir cavacos em fitas (ou contínuos).4). Influência dos Parâmetros de Entrada 11. o ângulo de saída () deve ser o maior possível. Em geral. lamelares e cisalhados podem ser produzidos em qualquer das formas mostradas na Fig. Por outro lado. Cavaco longo. 11. Material da peça O material da peça é o que mais influencia a forma e o tipo dos cavacos. um aumento de diminui a resistência da ferramenta e aumenta sua sensibilidade aos choques.1. formados na usinagem de materiais frágeis como ferro fundido. Um ângulo de inclinação positivo (+)com ângulo de posição r 90o faz com que o cavaco flua no sentido de se afastar da superfície usinada. pode-se aumentar bastante os esforços de corte. ele tenta penetrar entre a peça e a ferramenta. isto é.5. o cavaco em fita pode entupir o canal helicoidal da broca e causar também a sua quebra.g. já que esta tem implicações nas seguintes áreas: Possível dano à ferramenta ou à peça. titânio. Forças de corte. ou em pedaços. podendo causar a quebra. em forma de fita. Além do dano à peça. Os cavacos cisalhados são concebidos na usinagem de aços-carbono ligados ou não. Por isso. Segurança do operador. Ao se deformar mais o cavaco visando aumentar sua capacidade de quebra. um aumento no ângulo tende a mudar as formas do cavaco da direita para a esquerda (Fig. em forma de fita.5. 87 Diversos problemas práticos têm relação com a geometria do cavaco produzido na usinagem. materiais dúcteis tendem a formar cavacos longos e contínuos que são perigosos e difíceis de manusear.5). Resumindo. é mais difícil de manusear e requer maior volume para ser armazenado que um cavaco curto com o mesmo peso. Um cavaco longo. AISI 4320). Os cavacos contínuos são gerados na usinagem de materiais dúcteis como os aços de baixo carbono.5. por exemplo. materiais frágeis tendem a formar cavacos na forma de pequenas partículas (descontínuos). Além disso. bronze duro e latão (Fig. com consequente aumento da temperatura e diminuição da vida da ferramenta. danificando seu acabamento superficial. Inconel 718. Em operações de furação. o cavaco em fita pode também prejudicar a ferramenta: em operações de torneamento. pode se enrolar na peça. 11. é necessário que o operador pare a máquina periodicamente para remover o cavaco amontoado. pode atingir o operador e machucá-lo com gravidade. enquanto que com um ângulo . Já os cavacos do tipo arrancado só podem ser classificados quanto às formas de lascas. Os cavacos lamelares são formados na usinagem de ligas de alta resistência térmica e mecânica (e. quando o cavaco se enrola sobre a peça. dependendo dos parâmetros de corte e do uso de quebra-cavacos.2. Com um ângulo 0.6). a afetar a forma do cavaco. diminuindo a pressão específica de corte e a quantidade de calor gerado na quina (Fig. Se r é grande.3) b f .5 – Influência do material da peça nas formas e tipos de cavaco: (a) contínuo. Se o raio da curva (r ) é pequeno. A espessura (h) e a largura (b) do cavaco são modificadas em função de f. apenas a espessura da parte final do cavaco é reduzida.5. 11. ap h senr (11. enquanto que um neutro gera cavacos na forma espiralada e contínua.11. um aumento na velocidade de corte (vc) ou uma redução no avanço (f) tendem a mudar a forma do cavaco de fragmentado para contínuo (da direita para a esquerda na Fig. Parâmetros de corte Em geral.88 da superfície usinada (Fig.7 mostra como as formas de cavaco são afetadas pelo avanço e pela profundidade de corte. situação em que um grande volume pode ocasionar acidentes. a redução da espessura é gradual. Figura 11. 11.4).3) – vide Seção 7. o cavaco flui em sentido aproximadamente paralelo à superfície usinada.3. (d) arrancado. (b) cisalhado.6 – Influência do ângulo de inclinação na formação do cavaco A curva de concordância reduz a espessura do cavaco na quina. (a) Tipo N (b) Tipo H (c) Tipo S (d) Tipo K Figura 11.3. (c) lamelar. A Figura 11. O avanço f é o parâmetro mais influente. 11. seguido da profundidade de corte a p. de a p e do ângulo de posição (r) da ferramenta conforme Equação (11. Um ângulo positivo ou negativo gera cavacos na forma helicoidal e contínua.1.7b). Apesar de os parâmetros de corte serem escolhidos na maioria das vezes para evitar ou reduzir a formação de cavacos contínuos. Além disso. exigindo. o uso de quebra-cavacos permite que uma ferramenta reversível (nula ou negativa) possua positivo.8). 11. Sua utilização representa uma efetiva modificação da geometria da cunha de corte. Uma vez que o quebra-cavacos deve estar posicionado exatamente aonde o cavaco irá se formar. Pode-se observar que. uma diminuição do ângulo r propicia uma diminuição da espessura (h) do cavaco e um aumento da largura (b). destinadas a quebrar o cavaco em uma determinada faixa de condições de usinagem. principalmente dos valores de f e ap (Fig. o método mais efetivo para produzir cavacos curtos é a utilização de quebra-cavacos postiços ou integrais (anteparo ou cratera). para um mesmo f e uma mesma ap. portanto. Os quebra-cavacos modificam a superfície de saída das ferramentas. existem diversas geometrias de pastilhas intercambiáveis. portanto. particularmente nos ângulos de cunha () e de saída (). Assim. Figura 11. quebra-cavacos para operações de acabamento situam-se próximos à aresta de corte. . Pode-se dizer então que uma ferramenta projetada para quebrar o cavaco em operações de desbaste médio (f e ap médios) não quebra o cavaco se for utilizada em operações de acabamento (f e ap baixos) e nem em operações de desbaste pesado (f e ap altos). com esse elemento moldado na superfície de saída. enquanto quebra-cavacos para operações de desbaste localizam-se mais afastados da aresta de corte. causando uma curvatura mais acentuada nos cavacos e levando-os à quebra por flexão. Já o uso de quebra-cavacos de acabamento em operações de desbaste pode resultar na quebra do inserto. mais cuidado e especial atenção ao seu controle. De maneira geral. As formas de cavacos longos é que causam os maiores transtornos quanto à segurança de produtividade. maior será a dificuldade de quebra. O quebra-cavacos é uma alteração na geometria da ferramenta cuja principal finalidade é provocar a fratura periódica do cavaco. mais flexível é o cavaco e. quanto menor for esta espessura. Isso pode inclusive prejudicar o acabamento usinado.7 – Efeito do avanço e da profundidade de corte na forma dos cavacos.8 – Região de usinagem f ap adequada para cada tipo de quebra-cavacos. 89 (a) (b) Figura 11. 90 . pois influenciam as deflexões na ferramenta e na peça. pois possibilitam estimar a potência necessária para o corte. comuns em usinagem. André João de Souza . acionamentos. gera forças. relativa às operações de corte com ferramentas de geometria definida. entre outros elementos. se for necessário modificar tais valores. dimensionar corretamente estruturas. dever-se-á alterar os parâmetros que geram estas forças. 91 12. O conhecimento da grandeza e da orientação da força de usinagem ou de suas componentes ortogonais é a base para: projetar uma máquina-ferramenta. a grandeza da força de usinagem é um critério para a usinabilidade de um material – geralmente materiais de difícil usinabilidade apresentam forças de usinagem maiores. energia e potência de usinagem. Força de Usinagem A força de usinagem “F” é a força que atua sobre a aresta da ferramenta durante a operação de corte. bem como as forças atuantes nos elementos da máquina-ferramenta. Introdução Os estudos da força de usinagem que age sobre a cunha cortante e de suas componentes são de grande importância. isto é. As suas componentes são obtidas mediante uma decomposição ortogonal. meio lubrirrefrigerante específico e ferramenta de corte determinada (material e geometria). Uma mudança em qualquer uma das variáveis de entrada altera os valores das forças. furação e fresamento podem ser esquematizadas através da Figura 12. gerar procedimentos para explicar o que ocorre na região de formação de cavaco.1. tanto na prática quanto na pesquisa. afetando as dimensões finais do componente usinado. Prof. as forças de usinagem (F) geradas nos processos de torneamento. além de manter relação com o desgaste das ferramentas de corte. de acordo com as considerações tecnológicas e físicas da formação do cavaco. definir metodologias para explicar os mecanismos de desgaste. Assim. determinar os parâmetros de usinagem em condições de trabalho. Busca-se sempre uma forma de se controlar as forças geradas (e a potência consumida) para assim poder assegurar a integridade do sistema máquina/ferramenta/peça. avaliar a precisão de uma máquina-ferramenta em certas condições de trabalho. A determinação das componentes da força de usinagem sempre foi uma área importante. De acordo com a Norma ABNT NBR 12545 (TB-391/1991). 12. a parcela normal à direção de corte projetada sobre a direção de avanço (dada pela velocidade de avanço) é a força de avanço (Ff). VARIÁVEIS DEPENDENTES DE SAÍDA: FORÇA E POTÊNCIA DE USINAGEM 12. influenciando a viabilidade econômica do processo.1. a parcela radial projetada perpendicularmente ao plano de trabalho é a força passiva ou de profundidade (Fp). As forças também são responsáveis pelos fenômenos de vibração. A parcela projetada sobre a direção de corte (dada pela velocidade de corte) é a força de corte (Fc).2. A usinagem de um material usando parâmetros de corte definidos. As forças são importantes. fixações de ferramentas e guias. Além disso. e o ¼ restante está associada aos efeitos nas interfaces cavaco/face da ferramenta (zona secundária) e peça/flanco da ferramenta (zona terciária). As duas principais causas são: instabilidade dinâmica provocada pela variação da velocidade da ferramenta com relação à velocidade da peça e a influência do achatamento da ponta da ferramenta com o desgaste na ação de corte. a energia necessária para remover uma unidade de volume do material da peça. A pressão específica de corte ks [N/mm2] equivale à energia de corte por unidade de volume [J/cm3]. (c) fresamento tangencial discordante (ABNT NBR 12545) As componentes da força de usinagem durante a operação de corte podem estar muitas vezes sujeitas a alguma flutuação dinâmica ao longo do tempo por variações nos parâmetros de usinagem e/ou oscilações do sistema porta-ferramenta(s) (Fig.92 (a) (b) (c) Figura 12. na direção do plano de cisalhamento. A energia consumida no corte . Os mecanismos de deformação plástica e rupturas inerentes aos processos de usinagem podem ser compreendidos pelo conceito de energia de corte.2). (b) furação em cheio. cerca de ¾ da energia total é associada ao cisalhamento do cavaco na zona de deformação primária.1 – Componentes ortogonais da força de usinagem nos processos de: (a) torneamento longitudinal externo. No corte com ferramentas de geometria definida. ou seja. 12. Equivale ainda à potência de corte necessária para remover uma unidade de volume de material da peça por unidade de tempo [Ws/cm3]. Da relação linear entre força de corte e área da seção de corte foi proposta a primeira equação para a determinação teórica da força de corte: Fc = ksA (12. diversos pesquisadores constataram experimentalmente que as componentes da força de usinagem variam com a área da seção transversal de corte (A). sua previsão teórica se faz necessária para os casos em que se pretende prever a potência de corte ou os esforços na estrutura e nos elementos da máquina-ferramenta.1. principal componente para a determinação da potência de usinagem (P) necessária para o dimensionamento do motor de acionamento do eixo-árvore da máquina-ferramenta. estado da ferramenta. F Força Estática: média dos dados de amostragem Força de Usinagem Força Dinâmica: limites de oscilação numa certa freqüência F (t) Transit ório no início do corte. Determinação teórica da força de corte A determinação teórica ou experimental do ângulo de cisalhamento () permite a projeção da força de usinagem (F) nas diversas direções de interesse. material e geometria da ferramenta. parâmetros de corte. No início do século XX. 93 essencialmente converte-se em calor. A Figura 12. quando a ferramenta é engrenada t Tempo Figura 12. . consequentemente. as componentes da força de usinagem.3). Desse calor.2 – Parcelas estática e dinâmica da força de usinagem em função do tempo de usinagem (condições fixas de corte) Face quebra do cavaco ferramenta cavaco Desgaste deformação plástica de cratera atrito Desgaste Flanco de flanco peça Figura 12.3 – Zonas de deformação do material no processo de usinagem Os fatores que influenciam a energia de corte (ou pressão específica de corte) e.3 mostra as zonas (para um maior entendimento. 12. aproximadamente de 80% a 90% é transferido para o cavaco. 10. são: material da peça. em especial a força de corte (F c). meio lubrirrefrigerante.1) onde ks é a pressão específica de corte e A é a área da seção transversal de corte.2. Como supracitado. 5% a 10% à peça e 5% a 10% à ferramenta. associe com a Fig. em uma relação quase linear. o aumento da porcentagem de fósforo causa uma diminuição de ks. menores serão a deformação e o trabalho de separação do cavaco da peça e. mas esta variação não chega a influir significativamente nos valores de ks (e. 12. enquanto for obedecida a exigência: ap 2r. menores serão: a temperatura. Fc) aumenta. austenítica ou martensítica do aço. a pressão específica de corte ks é a força necessária para a remoção de uma área de corte equivalente a l. fazendo com que ks aumente. ks (e. Dentre as propriedades de um material. a velocidade de corte. ensaios mostraram que a pressão específica varia segundo: o material da peça. Se. Somente na usinagem de materiais dúcteis (com formação de cavacos longos) em que esforços de corte . e os desgastes da ferramenta. consequentemente.1. a resistência da cunha da ferramenta diminui e a sua sensibilidade aos choques aumenta. de Fc). recomenda-se o uso de ângulos negativos () para fortalecer a aresta de corte – principalmente na usinagem de materiais frágeis (com formação de cavacos curtos). a área da seção de corte. uma alteração do raio de quina (r) não exerce nenhuma influência significativa sobre as forças. Porém. esta correlação deve ser feita com cuidados. Entretanto. por conseguinte. 12. Mesmo assim. Pb.3.3. pois esta tensão é obtida em ensaios estáticos e o processo de formação de cavacos é bastante dinâmico. Entretanto. com isso. o material e a geometria da ferramenta. Influência dos Parâmetros de Entrada 12. ks também cresce.94 Admitindo-se que a ferramenta não possua raio de ponta (r). com o aumento do ângulo .3. facilitando a quebra do cavaco e a lubrificação da ferramenta (S. a ks e o desgaste da ferramenta. principalmente se um deles tiver um dos elementos de liga citados no parágrafo anterior. aquela que mais pode ser correlacionada com ks é a tensão de ruptura (ou de escoamento) ao cisalhamento do material. ferramentas com cobertura de TiN tendem a diminuir esse coeficiente de atrito e. Quanto maiores os ângulos de saída () (principalmente) e de inclinação (). propiciam valores de ks menores que com as outras ferramentas. Material da ferramenta Com a variação do material da ferramenta ocorre uma pequena variação do coeficiente de atrito entre a peça e a ferramenta (superfície de folga) e entre a ferramenta e o cavaco (superfície de saída). Te. Bi. Inicialmente. 12.3. quando a dureza da peça cresce. Porém.3. Em geral. as condições de lubrificação e refrigeração. similar à tensão de ruptura. Assim. ângulos muito pequenos (menores que 5o) promovem um aumento do atrito entre a peça e a ferramenta (superfície de folga). pois interrompe a matriz ferrítica. já que materiais com dureza semelhantes podem ter ks bem diferentes. Da mesma forma. Sn e N atuam no mesmo sentido).2.0 mm2. mas isso não pode ser uma regra. por conseguinte. Geometria da ferramenta Uma alteração do ângulo de folga () na faixa de 5o a 12o não tem nenhum efeito evidente sobre as componentes da força de usinagem. Material da peça À medida que aumenta a porcentagem de carbono dos aços. Por exemplo. imaginava-se como sendo uma característica somente do material. nas mesmas condições de usinagem.5 apresenta qualitativamente a dependência das componentes da força de usinagem em função dos parâmetros de corte (vc. Como a força de corte (Fc) é diretamente proporcional à ap (equivalente a b). Uma vez que esta potência é transformada em calor. o coeficiente de atrito diminui. Se r for aumentado.4. O raio de quina r tem o inconveniente de aumentar de 5 a 20% a potência necessária ao corte provavelmente devido à indução dos dobramentos transversal e longitudinal do cavaco. por conseguinte. Assim. Como visto no Cap. A ação do ângulo de posição (r) sobre as forças de avanço (Ff) e passiva (Fp) ocorre devido à localização geométrica da aresta principal de corte com relação ao eixo da peça. 95 reduzidos são gerados. Com maiores valores de r a componente da força de usinagem aumenta na direção de avanço (Ff).4 – (a) Influência de r nas componentes Ff e Fp em torneamento. é que se recorre aos ângulos positivos (). a velocidade de avanço (vf fn) aumenta e. ela aumenta de maneira inversamente proporcional a f (equivalente a h). exige uma potência de corte maior. pois o corte se torna mais dinâmico. tendendo a afastá-la da peça. f. 12. o acarreta um aumento da temperatura na região de corte. Parâmetros de corte A Figura 12. No caso de peças com L/D grande. deve-se usar 0 ou muito pequeno para evitar que surja a parcela passiva da força de usinagem. 11. já que com o crescimento de f. 12. ap). um r pequeno permite que se aumente o avanço de modo que ks seja mantida no valor máximo suportável pela aresta. Esta força tende a reduzir os inconvenientes de folgas e apertos deficientes da ferramenta.4). (b) variação das três componentes da força de usinagem com o aumento de r. Isto permite uma substancial redução no tempo de usinagem. Um ângulo produz força no sentido longitudinal da ferramenta (força passiva Fp). A substituição de um ângulo por um . Esta é uma das razões por que o é empregado somente na usinagem com pastilhas MD e cerâmica. (a) (b) Figura 12. diminuindo a pressão específica de corte sobre a ferramenta. forçando o carro porta-ferramenta contra seu fuso de acionamento. deformando a peça e alterando as dimensões de usinagem. . um pequeno ângulo r gera um cavaco fino e largo conforme Equação (11. A pressão específica de corte (ks) diminui com o aumento do avanço (f). Com isso. resultando das duas variações uma pequena redução de Fc com aumento de r (Fig. a força de usinagem se distribui sobre um comprimento maior da aresta de corte.3.3) anteriormente apresentada. diminui na direção passiva (Fp) e têm seu máximo em r 90o. a espessura h do cavaco aumenta na mesma proporção que a largura b diminui. já que ocorre diminuição do valor de ks (Fig. Em geral. mas. 12. Se. 15) tende a diminuir ks devido ao efeito do aumento de que a APC proporciona. maior será a diminuição das componentes da força de usinagem. A presença da aresta postiça de corte (APC – fenômeno que será detalhado no Cap. os valores de ks (e. 12. Já F f é insensível à formação da cratera e Fp e Ff podem ser mais influenciadas pelo desgaste que Fc. da temperatura) por causa da redução da dureza do cavaco e dos coeficientes de atrito. no corte de materiais dúcteis com baixa vc (onde há ocorrência da APC). os valores de ks tendem a diminuir com o aumento de vc (e.96 (a) (b) (c) Figura 12. as forças tendem a aumentar de maneira continuada.3.5 – Dependência das componentes das forças de usinagem em relação a: (a) profundidade de corte. Assim. (c) velocidade de corte. Em velocidades de corte usualmente utilizadas (sem APC). mas não na mesma proporção. (b) avanço.5b). das componentes de F) variam dependendo do tamanho e da geometria da APC (vide Fig. Existem dois diferentes pontos de vista sobre a fratura da ferramenta. Em altas velocidades de corte. 12.5a). ocorrer um predomínio de desgaste de flanco. portanto. Por exemplo. Estado da ferramenta Pode-se verificar uma variação da influência do desgaste da ferramenta sobre as componentes da força de usinagem – dependendo do tipo de desgaste. pode-se dizer que o crescimento das componentes da força de usinagem é diretamente proporcional ao da profundidade de corte (Fig.3. 12. Meio lubrirrefrigerante O fluido lubrirrefrigerante influi sobre ks modificando as condições de atrito entre peça e ferramenta e entre ferramenta e cavaco.6. Quanto mais eficiente for a penetração do fluido e quão maior for o seu efeito lubrificante. O primeiro é baseado na evidência de que as componentes Ff e Fp primeiramente crescem por causa do aumento do esforço . quando o avanço cresce. A medição da força de usinagem mostra-se eficaz na detecção de falhas transitórias na aresta de corte da ferramenta.5. no entanto.5c). uma mudança brusca e repentina no nível de amplitude do sinal de força indica fratura (lascamento ou quebra) na ferramenta. Portanto. o desgaste de cratera (o qual conduz a um ângulo de saída mais positivo) pode produzir uma diminuição destas componentes. as componentes também crescem. essa penetração é dificultada. 12. O aumento da profundidade de corte (ap) praticamente não altera o valor de ks (a não ser para pequenos valores de ap). pois a área de contato entre a peça e o flanco aumenta (aumentando o atrito). por conseguinte. pois o crescimento de ap só faz aumentar o comprimento de contato ferramenta/peça sem aumentar as velocidades envolvidas. 5a). 97 causado pela compressão dos fragmentos desprendidos da ferramenta por ela mesma contra a peça para em seguida declinar para zero por causa da ausência da parte fragmentada da ferramenta. 12. 15.3. Depois disso. Assim.2) é o rendimento do sistema de transmissão. bem como do produto da velocidade pela força e pelo cosseno do ângulo entre ambas. pode-se observar uma redução das forças com o aumento da velocidade de corte (vc). Potência de Usinagem A potência de usinagem resulta da soma das potências necessárias para cada componente da força de usinagem. As forças aumentam proporcionalmente com a profundidade de corte (a p). o valor de Pf é geralmente desprezado nos cálculos da potência do motor de acionamento Pmotor (Eq.1.4. a possibilidade de se utilizar uma velocidade de corte maior.4. A magnitude da queda na Fc como consequência da fratura é proporcional ao comprimento fraturado ao longo da aresta de corte. Considerações Importantes Admita-se inicialmente que a área da seção transversal de corte (A) permaneça constante.4. mas somente Fc exibe uma consistente mudança (decréscimo) de nível absoluto quando a aresta de corte quebra. o avanço influencia mais no desgaste do que a profundidade de usinagem. tem-se.3. isto se dá devido à redução da resistência do material em altas temperaturas. 12. Fc vc K s A vc Ks a p f vc Pc (12. conforme já citado na Seção 12. Isto ocorre antes de a peça (ou ferramenta) completar uma volta completa. O segundo ponto de vista explica que tanto F c quanto Ff são sensíveis à fratura.3) 60000 60000 60000 Porém dois fatores importantes devem ser levados em consideração: o desgaste da ferramenta e o acabamento da superfície usinada.2): Pc Pmotor (12. Como na multiplicação da força pela velocidade os valores para a potência de corte (Pc) são muito maiores que para a potência de avanço (Pf). Por exemplo. mesma área da seção de corte (A). entretanto. 12. a pressão específica de corte (ks) diminui. Como será visto no Cap. somente as componentes de corte (Fc) e avanço (Ff) contribuem para a potência de usinagem. Logo. dependendo da intensidade do lascamento. Estas variações podem gerar a mesma ordem de magnitude que os diferentes níveis de desgastes e avarias em ferramentas de corte. de acordo com a Equação 12. Aumentando-se o avanço (f) e diminuindo-se a profundidade de corte (ap) na mesma proporção. Algumas das limitações inerentes na abordagem destas componentes são as perturbações causadas pelas variações no material da peça. na profundidade de corte e na geometria da ferramenta. isto vale somente se ap for maior que o raio de quina (r) da ferramenta (vide Fig. O nível da Ff pode aumentar ou diminuir. as componentes podem-se manter em valores altos (pelo aumento do atrito da ferramenta contra a peça) ou baixos (o lascamento promoveu uma afiação forçada da aresta de corte). Isto permitirá uma remoção de maior quantidade de cavaco na unidade de tempo e por unidade de potência. um aumento da geração de cavaco proveniente do aumento do . na velocidade de corte. 12. Logo. para a mesma potência de corte (Pc). 12. com isso. existem outras limitações a este procedimento: A diminuição da vc não pode ser tal que fique menor que o valor da velocidade crítica (vcr) e comece a produzir aresta postiça de corte (APC) e consequentemente maior desgaste da ferramenta. . se o avanço for maior do que metade do raio de ponta. se o avanço é aumentado e a velocidade de corte diminuída na mesma proporção. Como regra geral para operações de torneamento. Assim. a força de corte (F c) cresce (a força cresce. No Cap. o que pode causar vibração. Porém. Além disso. a solução acima sugerida para diminuir a potência de corte (aumentar f e diminuir a p na mesma proporção) ou para manter a potência constante e retirar maior volume de cavaco na unidade de tempo (aumentar f e diminuir ap na mesma proporção e aumentar vc) trará danos para o desgaste da ferramenta e para o acabamento da peça e só deve ser usada quando se tem problemas de potência na máquina. O aumento do avanço causa aumento da rugosidade da peça e é limitado pelo raio de ponta da ferramenta. ou em algum outro caso específico.98 avanço e da diminuição da profundidade de usinagem acarreta um desgaste maior da ferramenta – maior ainda se este aumento de avanço for acompanhado pelo crescimento da velocidade de corte (como sugerido anteriormente). a ferramenta corre o risco de quebrar. Portanto. mas a potência cai. Também será visto que o aumento do avanço contribui para o aumento da rugosidade superficial da peça. 15 será mostrado também que a velocidade de corte tem uma influência bem maior no desgaste da ferramenta do que o avanço. o volume de cavaco retirado na unidade de tempo é mantido constante e a vida da ferramenta cresce consideravelmente. pois ks diminui com o aumento do avanço e o produto apfvc fica constante – Eq.3). Por exemplo. bem como das forças e/ou momentos a ele associadas. o modo de vibração depende da frequência. Ela pode ser quantificada em termos de movimento ondulatório (deslocamento. são medidos. Prof. Tal sistema apresenta características de rigidez e de amortecimento de vibrações que são essenciais para a qualidade das operações. de impulso). deterioração da qualidade superficial e perda de precisão dimensional das peças. randômica. em operações de desbaste. valor eficaz. valor instantâneo. a sua máxima amplitude – depende da aplicação. Em 1907. que as vibrações ocorram. as vibrações podem ser causadas por uma fonte externa. velocidade. A medição direta da vibração mecânica é difícil de ser efetuada. Para que haja vibração é necessário que o corpo rígido seja capaz de armazenar energia cinética. 13. A vibração. é o estudo do movimento de oscilação de um corpo em torno de uma posição de equilíbrio. Qualquer movimento que se repete depois de certo intervalo de tempo é denominado vibração ou oscilação. 99 13. aceleração). exercendo grande influência sobre o resultado final do trabalho. André João de Souza . Dentre as vibrações mecânicas enquadram-se as vibrações forçadas e as trepidações (chatters) geradas por um mecanismo de autoexcitação na formação do cavaco. uma autoexcitação atinge uma ou outra frequência natural do sistema dinâmico. O nível máximo tolerável destas vibrações mecânicas – isto é. a preocupação está em qual nível de amplitude se tem o maior tempo de vida de ferramenta. Introdução Os processos de usinagem são influenciados pela dinâmica da operação de corte e pela dinâmica do sistema máquina/ferramenta/peça. como mostram muitas publicações em usinagem.1. VARIÁVEIS DEPENDENTES DE SAÍDA: VIBRAÇÃO EM USINAGEM. Em geral. ruídos indesejáveis e desagradáveis. aumento do consumo de energia elétrica. valor de pico (ou pico a pico). isto é. forma da onda (senoidal. tenha certa elasticidade e sofra excitação de uma fonte externa. tais como variações da parcela dinâmica da força de usinagem por unidade de tempo (aceleração). e características derivadas deste padrão são obtidas. Estas oscilações são chamadas de vibrações mecânicas. é praticamente impossível evitar que o movimento ondulatório se propague através dos materiais sólidos. Assim. danos aos componentes da máquina. parâmetros correlacionados. F. Em usinagem. Por isso. TAYLOR citou que a vibração é o mais obscuro e delicado de todos os problemas enfrentados pelo operador/técnico em usinagem – observação ainda válida nos dias de hoje. o nível deve ser caracterizado para que haja o melhor acabamento superficial e a maior precisão dimensional na peça usinada. Um dos fenômenos mais importantes presentes em processos de usinagem é a vibração relativa entre a ferramenta e a peça. pela própria máquina ou devido à ação de forças geradas durante o corte do material. As oscilações das componentes ortogonais da força de usinagem (variações cíclicas das parcelas dinâmicas) geram movimentos periódicos na estrutura da máquina-ferramenta. pois na determinação das características representativas do sinal. período e frequência etc. W. o que pode causar trepidações intensas e comprometer o acabamento superficial da peça usinada. enquanto que em acabamento. Vibrações descontroladas no sistema podem causar: desgaste prematuro e avarias na ferramenta de corte. portanto. Balanceamento de “ap” e “n” ferramenta de ferramenta de Seleção correta Seleção de corte. espessura h. VIBRAÇÕES VIBRAÇÕES LIVRES VIBRAÇÕES AUTOEXCITADAS FORÇADAS (ALEATÓRIAS) Amplitude de Depende das Resulta em vibração Vibrações Depende do Depende das propriedades do aspecto ondulado Condições CARACTERÍSTICAS depende do simultâneas em ambiente de condições de material e de seu na superfície forçadas amortecimento duas direções trabalho corte. Estas são muitas vezes referidas como trepidação (chatter). corte e a peça. Isolar a máquina. regenerativa parâmetros de parâmetros de corte. Atritos no flanco e na face da Amolecimento e ferramenta. dependentes das condições de corte. Já as vibrações regenerativas resultam de um mecanismo de autoexcitação na geração da espessura do cavaco durante as operações de usinagem. cisalhamento. Tabela 13. endurecimento Componente do Atritos no flanco Desgastes e do material. desbalanceado ambientais. parâmetros de necessário.2. tratamento usinada. Entre a aresta de corte e na LOCALIZAÇÃO processo de processo de Zona de corte. de erros de precisão em alguns componentes mecânicos de deslocamento da máquina. que também deixa uma superfície ondulada devido a vibrações estruturais. corte.100 13. A Tabela 13. do sistema térmico Entre o flanco da Entre o flanco da ferramenta e a Na direção de ferramenta e a peça. ferramenta. a espessura máxima do cavaco pode crescer exponencialmente. com comportamentos aleatórios. Grãos duros e ferramenta. As vibrações crescentes elevam as componentes da força de usinagem e podem provocar desgaste excessivo ou quebra da ferramenta e prejudicam a qualidade da superfície e dimensional da peça. As vibrações forçadas são causadas pelo contato (impacto) do dente da ferramenta de corte na peça e ocorrem em todos os processos que envolvem corte interrompido (algumas operações de torneamento e em fresamento). das propriedades do material e até de distúrbios ambientais. Em todo o Em todo o peça. localizações. Um dos modos estruturais do sistema máquina/ferramenta/peça é excitado inicialmente pelos esforços de corte. Seleção de Selecionar Seleção correta correta materiais de Alterar “f”.1 mostra o efeito regenerativo em fresamento.1 – A classificação da instabilidade na usinagem. oscilando em uma frequência próxima à do modo estrutural dominante do sistema.1 cita as principais instabilidades com suas características. cavaco. Uma superfície ondulada resultante da passagem de uma aresta é removida pela subsequente. Dependendo da diferença de fase entre duas ondulações sucessivas as vibrações podem ser atenuadas ou ampliadas. As vibrações são variáveis de saída. corte. . que causam instabilidades no sistema máquina/ferramenta/peça. causas e possíveis soluções. No caso da instabilidade. ou simplesmente da ação intermitente de ferramentas multicortantes com a peça. A Figura 13. Geralmente elas são autoexcitadas (gerados por interações do processo de usinagem com a estrutura da máquina-ferramenta) ou forçadas (causados por elementos mecânicos da máquina-ferramenta). Podem também ser livres. resultantes do processo de corte. alta qualidade. máquina- estabilidade corretos corretos corte. Instabilidade na Usinagem Vibrações forçadas durante as operações de corte estão associadas com as forças periódicas resultantes do desbalanceamento de peças rotativas. ferramenta (ex. correto dos conforme SOLUÇÕES dos ângulos e corretos ferramenta se componentes da gráficos de Seleção de Seleção de . ferramenta e o avanço. eixo-árvore) outras falhas Variação do ângulo de superficiais. Entre a face da direção de Entre a face da corte. Sobreposição de Variação na movimento Distúrbios CAUSAS e na face da avarias da corte. ferramenta e o cavaco. Vibrações autoexcitadas geralmente ocorrerem em condições associadas a um aumento nas taxas de remoção de material. 2. em condições severas de usinagem. .1b tem-se uma situação intermediária. No caso.1. Diversas fontes internas causam vibrações forçadas em máquinas-ferramentas tais como: eixo- árvore desbalanceado em alta rotação.2 mostra a detecção da vibração autoexcitada (chatter) durante uma operação de torneamento. 101 (a) (b) (c) Figura 13.1c.1 – Efeito da fase da passagem do dente na espessura do cavaco em fresamento. As vibrações não são excitadas novamente e desaparecem. a trepidação próxima dos 10 segundos ocorreu por causa do sistema de fixação da peça no torno: a ponta do contraponto encontrava-se estendida além do apropriado. para a mesma amplitude das vibrações.2. portanto também não há variação de força. por exemplo. a variação na espessura do cavaco ocorre com o dobro da amplitude (a espessura dinâmica do cavaco é máxima). força de inércia causada pela reação da máquina ao estímulo etc. Na Figura 13. 13. Vibrações autoexcitadas As vibrações autoexcitadas ou trepidações (chatters) são um dos maiores responsáveis pelo acabamento pobre (ondas) na superfície das peças usinadas em processos com ferramentas de geometria definida (torneamento. força de impacto da ferramenta contra a peça (corte interrompido). Vibrações forçadas Vibrações forçadas em máquinas-ferramentas podem ser geradas por duas maneiras de fontes de energia: externas e internas. Fontes externas de vibrações (como ondas sísmicas originárias de alguma perturbação do solo devido a alguma outra máquina. em que a força oscila de maneira a provocar vibração e certa variação da espessura do cavaco.1a. fresamento. e não ocorre nenhuma variação da espessura do cavaco (a espessura dinâmica do cavaco é zero). a Figura 13. resultando em grande variação de força que excita vibrações. Na Figura 13. O desenvolvimento e uso de um efetivo isolador de vibrações é uma boa maneira para minimizar ou eliminar tais vibrações. Para ilustrar. 13. Na Figura 13.2. prensa) geralmente são transferidas à estrutura por meio da base da máquina-ferramenta.. Representam uma sequência de violentas oscilações causadas por intensas flutuações da força de usinagem durante o movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte na formação de cavacos. furação) e indefinida (retificação). as ondas produzidas por duas arestas de corte consecutivas estão em fase ( = 0). com uma onda e meia entre as arestas. Fresamento Há quatro fatores básicos que têm uma grande influência na vibração em fresamento: . já que a força é direcionada ao longo da barra de tornear. gerando assim instabilidade na usinagem. 13. o que também reduz. A reação para a força radial é a deflexão da ferramenta para o centro da peça enquanto que a força tangencial o faz para baixo e. Com isso.2 – Trepidação: (a) sinal de vibração detectado. Para evitar essa instabilidade existem opções de ferramentas com o corpo de aço. por consequência. Com isso. e o tamanho do porta-ferramenta deve ser escolhido para suportar as forças e as tensões que normalmente surgem durante a operação. metal-duro e antivibratórias. Além disso. Já no torneamento interno. que não causa grande efeito sobre a operação. Influência dos Parâmetros de Entrada na Vibração 13.102 (a) (b) Figura 13. a escolha da ferramenta é mais restrita devido ao diâmetro e ao comprimento do furo da peça. o ângulo de folga da ferramenta. o ângulo de posição da ferramenta (r) afeta a direção e a magnitude das forças axial (Fa) e radial (Fr) e das deflexões resultantes.3.3. Em torneamento interno. podem surgir combinações entre comprimento e diâmetro em que o corpo da ferramenta pode ficar frágil. (b) aspecto deteriorado da superfície usinada. Operação de corte Torneamento Interno No torneamento externo.3. força de corte radial (Fr) e força de corte axial (Fa).1. a existência das deflexões radial e axial na ferramenta implica em uma profundidade de corte reduzida. o ângulo de folga do inserto tem que ser suficientemente grande a fim de evitar o contato entre a ferramenta e a parede do furo. Quanto maior r maior será Fa. deve- se aplicar r o maior possível. o que pode induzir vibrações. Por conta dessa restrição. As forças de corte na operação de torneamento interno podem ser decompostas em força de corte tangencial (Ft). indicados na Figura 13. uma vez que a profundidade determina o balanço. o balanço da ferramenta não deve ser afetado pelo comprimento da peça. A velocidade de rotação n [rpm] extrema também pode reduzir a função do sistema antivibratório. Geometria da ferramenta/inserto. Um diâmetro menor da fresa reduzirá as especificações de potência e torque. Use refrigeração a ar ou interna quando possível. maiores as forças de corte radiais. 103 Figura 13. A geometria da ferramenta de corte deve ser para usinagem leve (L) ou média (M). Diâmetro da ferramenta (D) em relação à profundidade radial de corte (ae). a profundidade de corte máxima na fresa pode ser alcançada antes que a vibração ocorra (Fig. Figura 13. Com um ângulo de posição pequeno combinado a um balanço mais curto. Figura 13. O ângulo de posição é importante porque determina a direção das forças de corte. Quanto maior o ângulo r. Ângulo de posição (r).4). . bem como a forças de corte. A proporção do diâmetro da fresa em relação ao contato radial precisa ser mantido menor que qualquer valor máximo. Figura 13.4 – Influência do ângulo de posição na estabilidade relativa da fresa.3 – Decomposição das forças em torneamento interno.5. Altas temperaturas podem danificar a função do sistema antivibratório. 13.5 – Diferentes geometrias de insertos usados em fresamento. Se você estiver trabalhando com profundidades de corte radiais abaixo do valor crítico para a vibração. ideal para processos que envolvam cortes interrompidos e máquinas-ferramentas com baixa rigidez sujeitas à vibração e trepidação. um passo largo é a melhor escolha para usinagem produtividade com ferramentas antivibratórias (Fig.3. (a) Tipo L (b) Tipo M (c) Tipo H Figura 13.ex.3.) e o material da ferramenta em uso não é suficientemente tenaz.6). é mais produtivo usar um número maior de insertos. e cinzentos).7 – Características da vibração em função do material (aços e ferros fundidos). Figura 13. A ferramenta de aço-rápido – seguida pela ferramenta de metal- duro – é a mais tenaz e resistente à fratura e. o CBN ou o PCD). Material da ferramenta Quando vibrações livres são induzidas (distúrbios externos à máquina-ferramenta. (b) passo fino. titânio) podem causar trepidação (chatter) e deflexão na peça (especialmente quando se usina partes delgadas da peça). portanto. .7 ilustra um esquema que mostra a amplitude e o tempo de amortecimento da oscilação na vibração gerada durante a usinagem de aços e ferros fundidos (dúcteis. em quebra da aresta de corte (principalmente se forem aplicados a Cerâmica.104 Passo da fresa. 13. 13.2. A Figura 13. em casos extremos. Outra situação ocorre com o ferro fundido cinzento. isto pode resultar em falha prematura ou. Quando múltiplas arestas de corte estão em contato com o material. Em muitos casos. Trabalhe com o contato radial e o passo da fresa para encontrar o melhor desempenho.6 – Passo da fresa: (a) passo largo. Material da peça Materiais com baixo coeficiente de elasticidade (p. e problemas de tolerância dimensional no acabamento final. que apresenta tendência à trepidação quando são usinadas seções com espessuras finas de paredes. maleáveis. (c) passo extrafino.3. o risco de vibração aumenta. inclusões no material da peça etc. 13. 3. esta geometria afetará se a ferramenta está ou não sujeita a vibração e o prognóstico da sua vida útil. o problema da vibração é agravado pela diminuição do diâmetro e pelo aumento da relação comprimento/diâmetro (l/d) da ferramenta. Para contornar tal problema. um maior r permite avanços mais elevados. Menores raios de ponta da ferramenta representam pouco esforço de corte. Na Seção 7. se a preocupação é com a vibração da ferramenta. 105 13. que causam um . Por outro lado. Em geral. e à espessura desuniforme do cavaco. seu material e a qualidade da superfície usinada definem a geometria (formato) da ferramenta de corte (inserto).5 mencionou-se que um ângulo de inclinação negativo () produz uma força passiva que tende a afastar a ferramenta da peça e. 90o 80o 60o 55o 35o Figura 13. A dimensão do arredondamento da ponta influi nas tendências à vibração (Fig. Quanto maior o ângulo da ponta da ferramenta (r). 13. Mas. desbastes devem ser realizados com um maior r possível. as vibrações são intensificadas. aumentando as forças. O formato do inserto determina a fragilidade ou robustez inerente à ferramenta de corte. fato que tem particular relevância se operações de desbaste em torneamento são necessárias. e o resultado será uma maior vibração.8 – Geometrias de insertos para torneamento. maior será o contato. quando esses esforços estão voltados a direções menos rígidas. levam a vibrações. Já o ângulo de cunha () que é formado pelos ângulos de folga () e de saída () deverá ser o mais agudo possível para evitar essas vibrações. especialmente como ocorrem em máquinas velhas. Assim. embora seja importante acompanhar todas as tendências vibracionais possíveis. suas tolerâncias (dimensional e geométrica). por conseguinte.3. Quando estes estão em direções mais rígidas do sistema. maior será a área de contato entre a ferramenta e a peça. tendem a gerar vibrações devidas: ao comprimento excessivo de contato entre aresta de corte e a peça. tem-se como resultado vibrações mais amenizadas. pois é o ponto forte da ferramenta. Além disso. Além disso. Maior Resistência Mecânica Maior Versatilidade Maior Tendência à Vibrações Menor Exigência de Potência R S C T D V . Os ângulos da ferramenta são responsáveis pelos valores e direção dos esforços de corte. da peça. então uma geometria mais afiada como as recomendadas para torneamento de acabamento ou faceamento com menor comprimento exposto da aresta de corte pode ser mais apropriado. ou de ambos. pois quanto maior o raio. se acontecer o contrário.8) e. Folgas.4. O raio de ponta r corresponde à transição entre as arestas principal e secundária de corte e determina a robustez ou a fragilidade da ponta. com r grande. abdicando-se muitas vezes da elevada rotação disponível no eixo-árvore da máquina-ferramenta (centros de usinagem modernos). costuma-se reduzir a taxa de remoção de material. Geometria da ferramenta A geometria da peça. força o carro porta-ferramenta contra seu fuso de acionamento. por exemplo). Isto tende a reduzir os inconvenientes de folgas e apertos deficientes da ferramenta. ferramentas robustas. em certos casos. nos avanços. Em operações de corte com ferramentas rotativas (furação e fresamento. 3. Já para f = 0. a trepidação certamente aparecerá acima de um determinado valor chamado profundidade de corte limite (aplim) acima do qual ela tende a crescer continuamente. Geralmente.10.9). Aumentando-se ap.6. O desgaste de flanco excessivo (VB) no inserto modifica a folga entre a ferramenta e a peça e isso também pode afetar a ação de corte do processo. o corte é estável (livre de trepidações).106 mau acabamento na superfície usinada. Para pequenas profundidades de corte. a menor vibração para o avanço f = 0. por exemplo. pastilhas sem cobertura possuem menor arredondamento de aresta do que as com cobertura (GC) e isso deve ser levado em consideração. ap muda de valor em função das rotações do eixo-árvore.30 mm. como de metal-duro ou de cerâmica).22 mm que a vibração aumenta: com a diminuição da velocidade de corte “vc” e com o aumento da profundidade de corte “ap”.5. Entretanto. O arredondamento da aresta (ER) do inserto também pode afetar as forças de usinagem.30 mm ocorreu com vc = 290 m/min.15 mm e f = 0. Parâmetros de corte O parâmetro de corte mais significante e que é decisivo para a geração da trepidação em operações de fresamento é a profundidade de corte (ap). desgaste rápido ou mesmo quebra da ferramenta (se ela for de material frágil. Meio lubrirrefrigerante A aplicação de lubrirrefrigerantes diminui os coeficientes de atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta e entre a superfície de saída desta e o cavaco gerado na operação de corte pela ação . uma força passiva excessiva pode danificar a geometria da peça e alterar as dimensões da peça usinada. a vibração oscila. devido à estabilidade encontrada para alguns valores de rotação (Fig. pode-se constatar de maneira geral para os avanços f = 0. Ao observar a Figura 13. 13. 13. 13.9 – Variação da profundidade de corte devido à vibração autoexcitada. Figura 13. Considerando a vibração autoexcitada presente no fresamento. a vibração crescia com o aumento do avanço “f”. Estudos mostraram que ao realizar o monitoramento de sinais de vibração em torneamento externo posicionando um acelerômetro piezelétrico na direção de avanço.3. No início dos anos 2000. Isto favorece o corte. Estudos mostram a relação entre a vibração e o desgaste da ferramenta com o intuito de verificar o fim de vida da mesma em operações de usinagem. Uma rigidez superior a 10 kN/mm é ótima. enquanto que uma rigidez abaixo de 1 kN/mm é considerada baixa. desempenha um papel fundamental na estabilidade da retroalimentação global do sistema. as deflexões na peça e podendo ainda gerar vibrações autoexcitadas. a sua estrutura física e o seu sistema de acionamento. Diferentes trabalhos mostram que as vibrações mudam seu comportamento com os desgastes.3. A maioria dos resultados mostrou que o método é apropriado para satisfazer este propósito. A função de transferência da máquina-ferramenta. por conseguinte. principalmente na aquisição de sinais com frequências entre 1 e 20 kHz. pois microlascamentos são produzidos na aresta de corte. 107 lubrificante – principalmente em baixas velocidades de corte. 13. Estas vibrações podem ser medidas com a utilização de um acelerômetro piezelétrico (saída em volts). Estado da ferramenta Uma das causas da vibração é o atrito entre a superfície usinada e a superfície de folga (flanco) da ferramenta: a tendência à vibração cresce com o aumento da largura da marca de desgaste de flanco (VB). a vida da ferramenta tende a diminuir com maior rapidez.7. No caso das avarias (fraturas). em termos de rigidez e amortecimento.10 – Relação entre o sinal de vibração [VRMS] e os parâmetros de corte.11 ilustra os sinais de vibração da ferramenta adquiridos para a mesma aresta de corte após 1 minuto (novo) e após 15 minutos (desgastado). Com o aumento da vibração. Figura 13. Também afirmam que um dos principais problemas na . aumentando. 13. a rigidez estática da maioria das máquinas operatrizes. Uma aresta sem capacidade de corte e alterada geometricamente pode aumentar a força de usinagem. medida entre a ferramenta de corte e a peça. utilizando máquinas-ferramentas de pequeno porte. reduzindo os esforços e diminuindo a tendência à vibração. ficava em torno de 5 kN/mm. mas talvez aceitável para a produção de baixo custo. Máquina-ferramenta Todos os tipos de trepidação são causados por uma retroalimentação no interior da máquina- ferramenta entre a operação de corte. A Figura 13.8.3. um pico de sinal de vibração é detectado num intervalo de tempo reduzido. 5 mm em tempos de vida diferentes As inter-relações entre os sinais de vibração e a força de usinagem determinam a natureza dinâmica do processo. Assim.3 mm.11 – Sinais de vibração da ferramenta de metal-duro no torneamento a seco do aço ABNT 1040 com f = 0. a fusão das características extraídas dos sinais de força e vibração no desenvolvimento de sistemas de monitoramento baseados em múltiplos sinais sensórios poderá se tornar indispensável em chão de fábrica. mas também com os parâmetros de usinagem. tornando a utilização destas variáveis (dependentes) atrativa no desenvolvimento de sistemas de monitoramento do estado da ferramenta. Por outro lado. . geometria da ferramenta etc.108 utilização de sinais de vibração reside no fato de que estes não variam somente com o desgaste. o comportamento dinâmico incorpora a vibração e certos aspectos da parcela dinâmica da força de usinagem. (a) após 1 minuto (b) após 15 minutos Figura 13. vc = 350 m/min e ap = 1. a temperatura também influencia a precisão da máquina. h = 0.1b) que se modificam até que haja equilíbrio entre a quantidade de calor gerada e a transmitida para fora. Os efeitos de formação e transmissão de calor no corte de metais são muito complexos. de acordo com o calor específico e a condutividade térmica dos materiais em contato. irradiação e convecção para o meio ambiente. Além disso. do atrito entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta e do atrito entre a superfície de folga da ferramenta e a peça são transformados em calor. VARIÁVEIS DEPENDENTES DE SAÍDA: TEMPERATURA NA REGIÃO DE CORTE 14. A parcela principal da energia mecânica é transformada na região de cisalhamento. André João de Souza . do atrito do cavaco com a face da ferramenta e do atrito da peça com o flanco da ferramenta – se converte em calor. (a) (b) Figura 14. pois o aumento da temperatura promove mudanças nas características físicas e mecânicas da peça. a dimensão e a rugosidade da peça usinada. A representação na Figura 14. Como consequências desse balanço térmico têm-se campos de temperatura (Fig.1a informa as quantidades percentuais de calor absorvidas pela peça. A contínua necessidade de aumento das velocidades de corte em processos de usinagem de alto desempenho tem impulsionado pesquisas de novos materiais resistentes a altas temperaturas assim como estudos da maximização da taxa de remoção de material. (b) distribuição de temperatura.1. Consequentemente. a temperatura na região de corte se elevará. As quantidades de calor das diversas regiões de transformação de energia são dissipadas por condução.32 mm. além das dimensões das seções onde se dissipa calor. A maior parte do calor (75%) é transportada pelo cavaco. cavaco e ferramenta. 14. Mais de 90% de todo o trabalho mecânico na usinagem – proveniente da deformação plástica do cavaco na região de cisalhamento. Prof. = 10o): (a) geração de calor. Os trabalhos provenientes da deformação plástica do cavaco na região de cisalhamento durante a usinagem. 109 14.1 – Interface peça/cavaco/ferramenta durante o torneamento de aço com r = 850 MPa com inserto P20 (vc = 60 m/min. Generalidades O calor gerado na região de contato entre a peça e a ferramenta de corte é um parâmetro que permite a medida do desempenho desta durante o processo de usinagem. O primeiro registro de experiências em usinagem. Assim. a temperatura pode não ser considerada o maior . Porém. Já no caso de aços com estruturas austeníticas (aços resistentes ao calor). as deformações plásticas são pequenas.2. Influência dos Parâmetros de Entrada na Temperatura 14. pela formação de uma fina camada de óxido. mais duros. por causa dos altos valores das forças de corte. foi em 1798. O trabalho das forças que produzem o cisalhamento e os consequentes deslizamentos no cavaco e sobre a superfície usinada é relativamente pequeno. O trabalho das forças que produzem as deformações plásticas de deslizamento é muito importante. provocada. No caso da usinagem de metais frágeis. devido às altas temperaturas na região de corte. O trabalho das forças de atrito da peça com as superfícies de folga (principal e secundária) da ferramenta e do cavaco com a superfície de saída pode ser considerável. aumentando rapidamente o desgaste por abrasão e. porque o tempo que uma pequena porção do cavaco passa sobre a superfície de saída da ferramenta é muito pequeno (alguns milissegundos) para conduzir calor (a menos que ocorra a zona de fluxo – haverá tempo para a condução de calor para a ferramenta). Pode ser elevado ainda no caso em que a temperatura seja alta. 14. que. Em geral. Também ocorre no caso da usinagem de aços de alto carbono. o trabalho é muito maior no caso da usinagem de metais de alta dureza e de metais quebradiços – o que não ocorre no caso de metais macios.1. terá pouca influência na temperatura da ferramenta. Assim. devido aos valores das deformações. os trabalhos das deformações plásticas e de atrito são particularmente grandes. entretanto. atualmente são conhecidos os princípios gerais dos fenômenos térmicos que ocorrem na região de corte. as forças de corte são consideráveis e apresentam altas forças de atrito. ou reagir quimicamente com a peça ou com o fluido lubrirrefrigerante. como ferro fundido cinzento. quando da usinagem de aços e de outros materiais comuns. A temperatura no cavaco pode chegar a 1000°C durante a usinagem de aços endurecidos e de algumas ligas de níquel em certas condições de corte. então. na usinagem desses aços. o progresso tem sido bastante lento no sentido de identificar com precisão a distribuição de temperaturas na cunha da ferramenta. que ocorre a temperaturas entre 250 e 350°C. em muitos casos. basicamente originária da energia de deformação do material e do atrito que ocorre nas interfaces peça/ ferramenta e ferramenta/cavaco. De lá para cá. das forças de cisalhamento e das forças de atrito. A aplicação dos parâmetros de corte na busca da máxima produtividade e do maior tempo de vida para a ferramenta é limitada pela temperatura. A temperatura do cavaco. elementos químicos constituintes da ferramenta podem difundir-se para dentro do cavaco. Um forte indicativo das temperaturas nos cavacos de aços é a sua coloração: normalmente marrom ou azul. Estudos sobre a formação e transmissão de calor na região de corte em função das diferentes condições de usinagem permitem determinar as ferramentas mais apropriadas para uma maior eficiência do processo. é de 500 a 650°C. sobretudo no caso da usinagem de aços de baixo carbono e com ferramentas desgastadas.2. realçando seu aspecto térmico. Decorre. poucos segundos após os cavacos serem produzidos. as ferramentas perdem sua dureza original. no caso da usinagem de aços de baixo carbono. aumentando assim o atrito interno nas camadas amolecidas do metal usinado.110 A temperatura é um dos principais fatores que influenciam o desgaste de ferramenta. mas a faixa normal de temperatura do cavaco. Material da peça As parcelas do trabalho mecânico total desenvolvido nas operações de usinagem em metais são compostas pelos trabalhos: das forças que produzem as deformações plásticas de deslizamento. possui alta tenacidade e baixa resistência térmica (entre 520 e 600ºC. Cerâmicas mistas são à base de Al2O3 (óxidas) reforçadas com SiC e TiC. C.2. Altas deformações e altas taxas de deformação. como as ligas fundidas de Al-Si-Cu-Mg da linha automotiva e as ligas trabalháveis de Al-Zn da linha aeronáutica. temperaturas elevadas podem também ser atingidas quando se usinam o alumínio. A zona de fluxo. portanto. Haverá. depende da quantidade de trabalho realizado para cisalhar o material. as taxas de deformação são muito altas e complexas. As condições da interface ferramenta/cavaco (aderência. Observam-se temperaturas elevadas para certos materiais. variando com o teor de cobalto: quanto maior o teor. Já o aço-rápido. pois quanto maior o ponto de fusão desse elemento. sem encruamento do material na mesma proporção. e isso varia com o material da peça. W e/ou Mo.2 mostra a dureza a quente dos principais materiais de ferramentas14. aços. ex.ex. escorregamento ou aresta postiça de corte) devem ser assumidas como os fatores mais importantes a ser considerados em relação à temperatura da aresta de corte. Temperaturas da ordem de 1100°C na interface ferramenta/cavaco podem ser encontradas. Material da ferramenta A temperatura na interface ferramenta/peça aumenta com a velocidade de corte. que podem reduzir a temperatura. apesar da baixa tenacidade. por isso. A temperatura na zona de fluxo e. dificultando a estimativa da temperatura com base no atual conhecimento dos fenômenos envolvidos. mas torna-se fator de controle da taxa de remoção de material na usinagem de materiais duros e de alto ponto de fusão (p. Na presença da zona de fluxo. Cerâmicas não-óxidas são à base de Si3N4. Observa-se que. ligas de níquel e titânio). 111 problema na usinagem de materiais macios e de baixo ponto de fusão (p. e apesar de se conhecer muito pouco sobre a influência dos elementos de liga e das mudanças microestruturais nas bandas de cisalhamento termoplástico (zona de fluxo). só podem ocorrer com o amolecimento adiabático causado pelo aumento da temperatura. portanto. Metal-duro P10 apresenta temperatura crítica em torno de 1000ºC. a temperatura da ferramenta. 14. maior será a temperatura da interface ferramenta/cavaco para qualquer velocidade de corte. as ferramentas de corte têm de estar preparadas para suportar tais condições durante o processo de formação de cavacos. bem como da quantidade de material que passa pela zona de fluxo. ferros fundidos. O processo é idêntico ao da formação de cavaco segmentado. . as cerâmicas apresentam altíssima resistência ao calor (cerca de 1600ºC). maior a temperatura crítica). As altas temperaturas nas ferramentas de corte não só aceleram os mecanismos de desgaste termicamente ativados.2. Entretanto. A presença de fases de baixa resistência ao cisalhamento na interface (tais como MnS e grafita). mesmo para baixas velocidades de corte. é uma fonte efetiva de calor. A Figura 14. alumínio e magnésio). Stellite são ligas à base de Co com adições de Cr. principalmente em ligas mais resistentes. pelo menos três parâmetros metalúrgicos devem influenciar a temperatura da ferramenta: O ponto de fusão do principal elemento químico do material da peça. como também reduzem o limite de escoamento do material da ferramenta. portanto. no outro extremo. um limite prático na velocidade de corte para cada par ferramenta/peça. 14 Cerâmicas óxidas são à base de Al2O3. Elementos de liga que elevam a resistência do material da peça aumentam a temperatura da interface para qualquer taxa de remoção de material. Nestas condições.2. Assim. Se o aquecimento for demasiado. 14. também.3 – Dissipação de calor afetada pelo ângulo de saída: (a) pequena área de dissipação. (b) grande área de dissipação . estes materiais provocam maior aquecimento mais próximo à quina da ferramenta. o calor máximo é gerado longe da aresta cortante e a área de dissipação do calor é grande.3.3. Geometria da ferramenta Como o trabalho de dobramento do cavaco diminui com o aumento do ângulo de saída [o]. a temperatura gerada T [oC] também diminui pela relação empírica (Eq. é preciso reduzir o ângulo de saída (e aumentar ) para aumentar a área de dissipação do calor como mostra a Figura 14.1) Materiais de difícil usinagem apresentam a zona de maior pressão mais próxima à aresta de corte da ferramenta. provocando o amolecimento do material.112 Figura 14.2 – Variação da dureza a quente em função da temperatura para diferentes materiais de ferramenta. a de maior aquecimento.1) T 575 10 (14. No caso de materiais de boa usinabilidade (a). 14. (a) (b) Figura 14. pode-se aumentar . E a zona de maior pressão sobre a ferramenta é. acrescendo a facilidade de saída do cavaco e reduzindo o calor gerado (b). zona em que a área de dissipação do calor é mínima. decorrentes das elevadas temperaturas na região de corte. Geralmente. a ZAC e o material-base. (como o torneamento). é possível que a superfície usinada atinja e supere sua temperatura de fusão sem se fundir.. pois a retificação geralmente é o último processo de usinagem. Em números médios. 113 14. etc. especialmente em cortes interrompidos. pela diminuição de sua resistência à fadiga e ao desgaste. negativamente. Sempre que a eletroerosão for usada na fabricação de peças estruturais altamente tensionadas. Consequentemente. 85% do calor gerado atinge a peça. A camada superior desta zona é chamada de camada refundida. o que é muito grave. Isto se deve à incidência dos danos térmicos oriundos do processo de retificação.4 mostra a micrografia de um aço rápido D2 onde podem ser vistos a camada refundida. assim. A energia total requerida para o processo de retificação é da ordem de 2 a 20 vezes maior que para outros processos de usinagem. pode gerar erros de forma e dimensão na peça. existe a necessidade de utilização de meio lubrirrefrigerante de maneira abundante e eficiente. quase toda esta energia se transforma em calor. uma zona afetada pelo calor (ZAC). O problema maior está no calor que vai para a peça. Também. Os insertos de CBN podem tolerar as altas temperaturas de corte (cerca de 1000ºC). a ZAC produzida deve ser removida. as propriedades mecânicas do componente usinado. os quais provocam alterações microestruturais. aquele que proporciona as características finais da peça (determina sua qualidade). levando ao surgimento de tensões residuais de tração. a utilização de condições de usinagem e de afiação da ferramenta inadequados e uma lubrificação/refrigeração não eficiente podem afetar. A escolha incorreta do par fluido-rebolo.13 mm de profundidade. Além disso. também conhecida como “camada branca”.025 mm de profundidade. as condições de usinagem e as características do rebolo devem ser tais que atenuem este problema. causando deterioração das propriedades mecânicas dos componentes. inviabilizar o processo de usinagem – situação particularmente observada em operações de usinagem por abrasão (como a retificação) ou quando altas velocidades de corte são usadas em processos de corte contínuo. a camada que apresenta mudanças microestruturais é menor que 0. Como o tempo de exposição às altas temperaturas é muito curto (da ordem de milésimos de segundo). Devido aos efeitos do aquecimento e resfriamento rápido induzido pelo processo de usinagem por eletroerosão (EDM – Electrical Discharge Machining). pela introdução de uma zona afetada pelo calor (ZAC). A Figura 14. vazios. A parcela que vai para o rebolo não causa dano considerável. de multicamadas. 5% o cavaco e 10% o rebolo. altas temperaturas de corte são desenvolvidas (1000 a 1600°C). A que vai para o cavaco também não causa preocupações. durante o desbaste por EDM. já que esta recebe a maior parcela. afetando sua dimensão durante a usinagem. na maioria das vezes é bem grande e tem bastante área para dissipar calor. pois o mesmo é de material refratário. se formará na superfície da peça usinada.4. Além disso. ela é menor que 0. Processo de usinagem O aumento da temperatura na região de corte pode causar dilatação térmica na peça. a qualidade superficial do componente pode ser afetada pelo surgimento de trincas e a ocorrência de queima superficial. Esta zona apresenta microestrutura diferente da matriz e possui defeitos tais como microtrincas.2. Esse fato pode prejudicar a precisão dimensional e. tensões. para o mesmo volume de cavaco removido na unidade de tempo. Corte sem refrigeração é uma das principais vantagens do torneamento de peças duras. fissuras. Por isso. que na maioria das vezes já recebeu o tratamento térmico (têmpera e revenimento). . Em geral. Durante o acabamento por EDM. Isso pode determinar mudanças estruturais na peça. Esta camada tem uma dureza elevada e contém muitas microtrincas. microtrincas. o uso de CBN em condições sem refrigeração tem um efeito positivo na vida útil da ferramenta. Como em outros processos. 114 Figura 14.4 – Superfície do aço-rápido AISI D2 usinada por eletroerosão. 14.2.5. Parâmetros de corte Considerando o mesmo par ferramenta/peça, a quantidade de calor gerada na usinagem com ferramentas de geometria definida – e, consequentemente a temperatura – aumenta diretamente com a velocidade de corte “vc” e com a força de corte (principal componente da força de usinagem). Como a força de corte é proporcional ao avanço “f” (não diretamente) e à profundidade de corte “ap” (diretamente), pode-se afirmar que para uma maior produtividade em usinagem, os parâmetros de corte devem ser incrementados. Todavia, esse aumento deve ser limitado, porque haverá, ao mesmo tempo, acréscimo da temperatura, e esta, por sua vez, altera as propriedades mecânicas da ferramenta, que se desgasta rapidamente, o que reduz de maneira drástica a sua produtividade. O usuário deve sempre fazer um estudo criterioso de otimização a fim de realizar uma operação de usinagem economicamente viável. A maior parte do calor gerado na zona primária é dissipada pelo cavaco e o aumento de temperatura neste não é muito influenciado pela velocidade de corte, embora a porção de calor dissipado pela peça diminua com o aumento de vc. 14.2.6. Meio lubrirrefrigerante De modo a minimizar o efeito do aquecimento na ferramenta durante a usinagem e manter a peça em condições de temperatura ambiente sem que ocorram dilatações térmicas muito grandes, são utilizados meios lubrirrefrigerantes com diversas composições. Seu principal objetivo é retirar o calor gerado durante o processo de corte, melhorando assim o tempo de vida das ferramentas e aprimorando o acabamento e as tolerâncias dimensionais e geométricas das peças. Ademais, o fluido evita o surgimento de arestas postiças de corte, principalmente na usinagem do aço inoxidável e do alumínio e suas ligas, pois ambos apresentam uma tendência a aderir na ferramenta durante o recalque do material. Entretanto, sua utilização gera elevados custos de consumo e descarte, além do prejuízo ambiental. 115 15. VARIÁVEIS DEPENDENTES DE SAÍDA: FALHAS NA FERRAMENTA DE CORTE 15.1. Introdução Em função das condições de corte durante o processo de usinagem, a ferramenta fica sujeita a uma combinação de vários fatores de origem térmica, mecânica, química e abrasiva (elevada pressão de contato entre peça/ferramenta/cavaco). Como nem o material da peça nem o da ferramenta de corte é homogêneo, desgastes e avarias de naturezas distintas podem ser observados na ferramenta durante seu uso. Em decorrência de tais solicitações, a deterioração da mesma torna-se relativamente rápida. A Figura 15.1 ilustra o aspecto da ferramenta de corte com os principais tipos de falha durante as operações de torneamento. Os efeitos superficiais representam os desgastes (no flanco e na face) e os efeitos volumétricos as avarias (trincas e fraturas). Figura 15.1 – Tipos de falha na ferramenta de corte em torneamento. Podem-se distinguir dois fenômenos pelos quais uma ferramenta de corte perde sua eficácia na usinagem: avarias e desgastes. Estes fenômenos causam a mudança na geometria da aresta de corte, tanto pela perda de material quanto pelo seu deslocamento. Em geral, os desgastes se apresentam como falhas contínuas, isto é, possuem comportamento determinístico (podem ser modeladas matematicamente) ao longo de sua progressão até a deterioração completa da ferramenta. Isto permite um controle maior da vida. Por outro lado, as avarias são falhas transitórias que ocorrem aleatoriamente (não podem ser descritas explicitamente por uma função matemática), levam a ferramenta ao colapso (quebra total) e são detectadas frequentemente somente após o ocorrido. Por exemplo, no lascamento da aresta cortante, a superfície usinada pode ficar extremamente danificada sem falar na quebra, que pode acarretar danos irreversíveis à peça. Alguns autores classificam a deformação plástica (Fig. 15.2b) como um desgaste, pois apresenta comportamento determinístico ao mudar a geometria da aresta de corte pelo deslocamento de material. Outros entendem que a deformação plástica é uma avaria de origem térmica causada pelas altas pressões e altas temperaturas aplicadas à ponta da ferramenta de corte com baixa resistência ao cisalhamento e alta tenacidade. A deformação provoca deficiências no controle de cavacos e deterioração do acabamento Prof. André João de Souza 116 superficial da peça. O seu crescimento pode gerar a quebra da aresta de corte. Evita-se pelo emprego de uma ferramenta com maior dureza a quente e maior resistência à deformação, ou pela alteração das condições de corte e/ou geometria da ferramenta com o intuito de diminuir os esforços e a temperatura. Geralmente a deformação plástica e o atrito, inerentes ao processo, geram altas temperaturas na região de corte (interface ferramenta/peça), fazendo com que a resistência ao desgaste da ferramenta diminua de maneira considerável. O problema é complexo, mas significativo. Como a ferramenta se desgasta, sua geometria e seu tamanho modificam-se. Uma aresta sem capacidade de corte e alterada geometricamente pode aumentar a força de usinagem. Já um aumento na potência consumida promove um acréscimo da temperatura na região de corte, acelerando o desgaste. Além disso, alterações dimensionais da ferramenta modificam a geometria da peça. 15.2. Avarias em Ferramentas de Corte No caso das avarias geradas em ferramentas (Fig. 15.2), elas podem ser subdividas em: deformações plásticas, trincas e fraturas (lascamentos e quebra). (a) (b) (c) (d) (e) Figura 15.2 – Avarias na ferramenta de corte: (a) aresta postiça de corte (APC); (b) deformação plástica; (c) trincas térmicas; (d) lascamento; (e) quebra. A aresta postiça de corte, APC, (Fig. 15.2a) pode ser entendida como uma avaria ou como um mecanismo de desgaste de adesão (vide Seção 15.5). A APC consiste de uma camada de cavaco formada na interface com a superfície de saída da ferramenta que, permanecendo aderente à aresta de corte, desloca-a e modifica o seu comportamento com relação à força de corte, ao acabamento superficial da peça e ao desgaste da ferramenta. Ao se romper, a APC arranca partículas do flanco (superfície de folga) 117 da ferramenta, gerando um desgaste frontal muito grande, mesmo em velocidades de corte baixas. Por outro lado, a face (superfície de saída) da ferramenta fica protegida, já que o cavaco não atrita com a mesma (menos desgaste de cratera), e sim com a APC As trincas térmicas, Figura 15.2c, (devido ao aumento do gradiente de temperatura a cada entrada da ferramenta na peça) são a maior causa das falhas da ferramenta em altas velocidades de corte. Já as trincas mecânicas (por causa dos choques mecânicos na entrada e/ou na saída da ferramenta na peça – principalmente em operações de fresamento) são as principais responsáveis pelas falhas (geralmente lascamentos) em baixas velocidades de corte. O crescimento das trincas leva à quebra da ferramenta. Para se evitar a formação deve-se, dentre outros procedimentos, escolher uma ferramenta mais tenaz, diminuir o avanço, suavizar o contato da ferramenta com a peça e aplicação do fluido em abundância ou a não aplicação (este último no caso de trincas térmicas em fresamento). O lascamento (Fig. 15.2d) é uma falha acidental e prematura que pode ocorrer quando a ferramenta é pouco resistente (ângulo de quina r muito pequeno; pastilha muito dura e pouco tenaz) ou quando acontecem sobresolicitações de origem mecânica (impactos ferramenta-peça, peça com inclusões duras e vibrações) ou térmica (resfriamento brusco). Ao contrário dos desgastes que retiram continuamente partículas muito pequenas da ferramenta, no lascamento, partículas maiores são retiradas de uma só vez. A quebra (Fig. 15.2e) é definida como a ruptura da quina ou da aresta de corte pela ação de grandes forças de usinagem. Todos os desgastes e avarias ao crescerem podem gerar a quebra da ferramenta. Porém, algumas vezes, a quebra pode ocorrer inesperadamente devido a alguns fatores: ferramenta muito dura, carga excessiva sobre a ferramenta, geometria inadequada (r, r e pequenos), corte interrompido, parada instantânea do movimento de corte, entupimento dos canais de expulsão de cavacos (brocas e fresas) ou dos bolsões de armazenamento de cavacos (fresas), etc. A quebra da ferramenta ocasiona não somente dano no inserto, mas também no suporte e na própria peça. 15.3. Desgastes em Ferramentas de Corte Mesmo se a ferramenta de corte possuir tenacidade suficiente para evitar uma avaria, estará sempre sujeita ao desgaste. Durante a usinagem dos metais, a ação de corte altera a forma e, portanto, a geometria original da ferramenta de corte, pois se verificam desgastes progressivos no flanco (superfície de folga) e na face (superfície de saída) da ferramenta. O desgaste de cratera na face, o desgaste frontal no flanco e o desgaste de entalhe são os desgastes típicos. A Figura 15.3 mostra, respectivamente, os tipos de desgaste mais comumente encontrados em ferramentas de corte. (a) (b) (c) Figura 15.3 – Desgastes na ferramenta de corte: (a) desgaste de cratera; (b) desgaste de flanco; (c) entalhe. 118 O desgaste de cratera é causado pelo atrito entre ferramenta e cavaco. Pode não ocorrer em alguns processos de usinagem, principalmente quando se utilizam ferramentas de metal duro recobertas com Al2O3 (mais eficiente contra craterização), ferramentas cerâmicas e quando o material da peça usinada é frágil (gera cavacos arrancados). O crescimento do desgaste de cratera resulta na quebra da ferramenta, quando tal desgaste se encontra com o desgaste frontal. O desgaste frontal (ou de flanco) é causado pelo contato entre a ferramenta e a peça. É o tipo de desgaste mais comum. Todo processo de usinagem causa desgaste frontal. Esse tipo de desgaste, incentivado pelo aumento da velocidade de corte, ocasiona a deterioração do acabamento superficial da peça e, por modificar totalmente a forma da aresta de corte original, faz com que a peça mude de dimensão (pode sair da faixa de tolerância). O desgaste de entalhe aparece sempre nas regiões coincidentes com as laterais do cavaco na usinagem de materiais resistentes a altas temperaturas (como ligas de Ni, Ti, Co e aço inox). O entalhe pode se desenvolver em ambas as superfícies (folga e saída), ou apenas no flanco da ferramenta. Não há um consenso na literatura sobre as causas para o seu desenvolvimento. Entretanto, existem evidências para sugerir que óxidos se formam continuamente e se aderem à ferramenta nessas regiões, e a quebra por attrition (vide Seção 15.5) das junções de aderência entre os óxidos e a ferramenta pode ocasionalmente remover material da superfície da ferramenta incentivada pelo serrilhado das laterais do cavaco. Antes que uma dessas formas de desgaste alcance grandes proporções e coloque o processo de usinagem em risco, a ferramenta deverá ser reafiada (caso de ferramentas inteiriças) ou, mais comumente, substituída (caso de insertos intercambiáveis). A Figura 15.4 mostra o esquema da padronização típica de desgastes segundo a norma ISO 3685 (1993) e os parâmetros utilizados para quantificar os desgastes desenvolvidos no flanco e na face da ferramenta. No flanco mede-se a largura da marca de desgaste (VB), sendo: VBB o desgaste médio de flanco; VBmáx o desgaste máximo de flanco; VBN o desgaste de entalhe na aresta principal de corte; VBC o desgaste de entalhe na aresta secundária de corte. Na face mede-se a profundidade da cratera (KT) e a distância do centro da cratera à aresta cortante (KM). Figura 15.4 – Padrão de desgaste para uma ferramenta de corte (ISO 3685). o colapso da ferramenta. 15.5. VBN ou KT). O desgaste aumenta de forma acelerada e promove a quebra da ferramenta em um curto espaço de tempo. Porém. pois o desgaste atingiu níveis tão elevados que as temperaturas e as tensões envolvidas irão promover.6). podem-se distinguir três estágios: Estágio I. 119 15.5. A Figura 15.4. o desgaste pode ser representado por qualquer um dos parâmetros citados (VBB. representada pela Figura 15. difusão e oxidação (Fig. O desgaste se estabiliza e se mantém linear até perto de seu fim de vida. . das condições de corte. o desgaste da ferramenta aumenta rapidamente devido à adequação ao sistema tribológico envolvido (acomodação da cunha cortante). Normalmente as arestas de corte se desgastam seguindo uma curva padrão. Estágio II. No início do corte. A literatura apresenta variações na classificação dos mecanismos e processos de falhas em ferramentas de corte. Um critério deve ser então adotado para determinar o fim de vida a fim de manter o processo produtivo dentro de condições econômicas adequadas. de forma que tanto sua causa como seu efeito dificilmente podem ser distinguidos entre si.5 – Comportamento do desgaste de uma ferramenta com o tempo de corte. Estágio III. da operação de usinagem. grande parte dos trabalhos existentes considera pelo menos 4 (quadro) diferentes mecanismos (processos): abrasão. O conhecimento do mecanismo de desgaste é de grande interesse. pois permite uma seleção criteriosa da ferramenta mais indicada e das condições mais apropriadas de usinagem. dependendo principalmente do material da peça e da ferramenta. Na ordenada. Vida da Ferramenta O tempo em que uma aresta de corte trabalha efetivamente antes de ser reafiada ou substituída é denominado “vida da ferramenta de corte” (T). Na evolução do desgaste. Mecanismos de Desgastes Os diversos mecanismos (processos) de falhas em ferramentas de corte agem simultaneamente.7 representa a ação desses mecanismos sobre o desgaste total da ferramenta em função do aumento da temperatura de corte. VBmáx. 15. Isto se dá. mas certamente um prevalecerá sobre os demais. Figura 15. adesão. eventualmente. da geometria da ferramenta de corte e o do emprego do meio lubrirrefrigerante. A ferramenta encontra-se totalmente adequada ao processo e os mecanismos de desgaste operam constantemente. Todos eles são observados na prática. 120 (a) (b) (c) (d) Figura 15. 15 Na língua inglesa. (c) difusão.7 – Regiões de influência das causas do desgaste. convencionou-se chamá-lo de “attrition”. 15. (d) oxidação. Figura 15. Este mecanismo de desgaste envolve aderência e arrastamento do material geralmente a baixas velocidades de corte. (b) adesão. . nas quais o fluxo de material sobre a superfície de saída torna-se irregular.6 – Principais mecanismos de desgaste: (a) abrasão.6. visto que o forjamento promove o endurecimento (aumentando assim o desgaste das ferramentas) e os resíduos da areia de fundição aceleram o desgaste abrasivo. O mecanismo de abrasão mecânica ocorre em toda a faixa de temperatura a qual é submetida uma ferramenta de corte. Material da peça É recomendável que superfícies forjadas ou fundidas de peças que serão posteriormente usinadas sejam limpas.6. Os mecanismos de difusão e oxidação só ocorrem de forma acentuada em altas velocidades de corte (altas temperaturas). Sob tais condições.1. fragmentos microscópicos são arrancados da superfície da ferramenta de corte e arrastados junto ao fluxo de material adjacente à interface. Influência dos Parâmetros de Entrada nas Falhas da Ferramenta 15. A presença da adesão15 limita-se a baixas velocidades de corte (envolve a formação da aresta postiça de corte – APC). Materiais com alta taxa de encruamento (p. resultante principalmente do mecanismo de difusão (causado pela afinidade química entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta de corte). No caso de cortes interrompidos. O emprego de um ângulo de posição r 90o faz com que o corte se inicie afastado da quina da ferramenta. recomenda- se a utilização de uma classe de ferramenta mais tenaz. a ferramenta perde a capacidade de corte rapidamente por efeito do desgaste de flanco. a aresta de corte sofre microlascamentos. Um dos critérios para determinar o fim de vida de uma ferramenta é a medição da largura da marca de desgaste de flanco. 4. em virtude de um apoio deficiente (dependendo da grandeza de ). A deformação plástica ocorre pela combinação entre altas temperaturas e altas pressões na região de corte. Consequentemente. Em geral. 15.2. lascamentos ou quebra.3.6. com isso. a aresta de corte não pode penetrar convenientemente no material. 15. o uso de um ângulo de inclinação () negativo apropriado faz com que o impacto da ferramenta se dê afastado da quina. Pode-se então dizer que. Aços-carbono são materiais com baixa taxa de encruamento. Materiais laminados a frio apresentam microestrutura uniforme e muitas vezes são assim trabalhados para reduzir a taxa de encruamento. pode-se dizer que não ocorre desgaste de cratera e a largura da marca de desgaste de flanco (VB) cresce lentamente. Isto reforça a aresta secundária. fazendo com que Fc também cresça muito rápido. pode ser minimizado utilizando uma classe de ferramenta que possua cobertura de Al2O3. aço inoxidável austenítico) necessitam de mais energia para remover material. VB passa a crescer rapidamente. usualmente. pode ser minimizado utilizando uma classe de ferramenta mais resistente ao desgaste (vide Tab. à medida que cresce. tendo um efeito idêntico sobre esta ao ângulo sobre a aresta principal. para uma dada geometria de ferramenta. ex. evitando a quebra da ferramenta. maior aquecimento da ferramenta. consequentemente. resultante principalmente da abrasão mecânica (atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta de corte).6. O lascamento é uma consequência da propagação das trincas. respectivamente. aumento da força e da potência de corte. Se é muito grande ( diminui significativamente). Geometria da ferramenta Se o ângulo de folga () é muito pequeno. mau acabamento da superfície usinada etc. Ao selecionar uma classe de ferramenta com maior dureza a quente. ou seja. Para minimizar tais ocorrências. e causam desgastes e avarias à aresta de corte. 121 Macroinclusões frequentemente presentes nos aços de baixa qualidade são geralmente duras e abrasivas.1). OBS. a força de corte (Fc) aumenta vagarosamente com o tempo de corte até atingir um determinado VB a partir do qual o substrato da ferramenta passa a ter contato com a peça. levando a maiores forças e potências de corte e a menores tempos de vida das ferramentas. Material da ferramenta O desgaste de flanco (VB). provoca um aumento progressivo do atrito com a peça e. Assim. O desgaste de cratera (KT). um excesso de é mais prejudicial à usinagem que uma deficiência. tem a sua vida diminuída. Esta largura. em um local onde a aresta principal de corte é mais resistente e mais apta a suportar o .: No torneamento de aço com ferramenta de metal-duro com cobertura (situação bastante comum). apresentam alta dureza e promovem desgastes acelerados nas ferramentas (tempo de vida reduzido). a avaria é reduzida. As trincas de origem mecânica e de origem térmica surgem devido às variações excessivas dos esforços e da temperatura na cunha de corte. reforçando esta parte da ferramenta e ajudando a dissipar melhor o calor. um r pequeno determina um r grande. Isto aumenta Ks na aresta principal da ferramenta. a ação da difusão e da oxidação. Desta forma. Entretanto. No entanto. aumentando instantaneamente o avanço (f) e a espessura do cavaco (h). certos materiais de difícil usinabilidade exigem que o cavaco tenha uma espessura maior. por conseguinte. haverá redução do coeficiente de atrito (redução do mecanismo de abrasão) e. infelizmente a produtividade diminui. por conseguinte. Todavia. Na saída.3. A saída da ferramenta também é bem gradual. Parâmetros de corte Selecionar velocidades de corte menores. Além disso. Isto reduz a ação da abrasão mecânica e da adesão (evitar a formação da APC) e reduzir o attrition.6. o corte inicia-se subitamente em toda a aresta de corte da ferramenta. alguma exatidão no processo de usinagem é diminuída. o efeito lubrificante do fluido é fundamental para reduzir o atrito entre a peça e o flanco da ferramenta e entre a face da ferramenta e o cavaco. um pequeno ângulo r faz com que a pressão específica de corte sobre a ferramenta diminua. Como visto na Seção 7. a vida da ferramenta. Além disso. 15. isto é vantajoso pelo fato de ele fazer contato na superfície de saída da ferramenta. No caso de r 90o.5. Além disso. Isso comumente diminui o desgaste e aumenta. mesmo que a concentração de óleo seja mínima. pois a taxa de remoção de material (Q) decresce. o efeito refrigerante do fluido favorece a transferência de calor da região de corte. devido a um crescimento da deflexão na peça ou por causa da presença de vibrações. que geram menos calor na região de corte e com isso um desgaste menor da ferramenta é perfeitamente possível. Alternativamente. reduzindo assim a temperatura da ferramenta e. Meio lubrirrefrigerante Na usinagem de materiais aplicando vc menores. 15. um aumento de ap ou de f promove um crescimento da força de usinagem (F).6.122 impacto inicial da ferramenta contra a peça. a aresta de corte inicia o trabalho de modo gradual e uniforme. em um ponto mais afastado da aresta de corte. para operações de torneamento.1. diminuindo os esforços e aumentando a vida da ferramenta. portanto. enquanto a vida da ferramenta de corte (T) é aumentada. . a súbita redução da força de avanço (Ff) produz um retorno elástico da ferramenta e da peça. podendo provocar lascamentos ou sua quebra. Já utilizando altas velocidades de corte. da temperatura. a profundidade de corte (ap) e/ou o avanço (f) podem ser aumentados para manter Q com baixas velocidades de corte (vc).4. 2. A textura está relacionada com as irregularidades presentes na superfície de materiais sólidos e com as características dos instrumentos de medição. nem a valores específicos de rugosidade. A Figura 16. é definida em termos de rugosidade. devem ser lisas para que o atrito seja o menor possível.1 esquematiza a classificação de acabamento. Prof. inclusões no material etc. Assim. marcas e falhas. Contudo. recristalização. VARIÁVEIS DEPENDENTES DE SAÍDA: ACABAMENTO DA SUPERFÍCIE USINADA 16. André João de Souza . da peça. um “bom” acabamento implica baixos valores de rugosidade. distribuição e tamanho de grão. a aptidão de um processo de usinagem em produzir um acabamento específico depende das características da ferramenta. O objetivo da usinagem é obter uma superfície técnica que apresente fatores superficiais e subsuperficiais apropriados. Introdução Acabamento é um termo coloquial largamente usado para designar a qualidade geral de uma superfície usinada.1 – Classificação de acabamento. 16. Já as exigências de acabamento das superfícies externas da tampa e da base do mancal são menores. — Rugosidade Fatores — Ondulações Superficiais — Marcas (textura) — Falhas Acabamento • Deformação plástica da Superfície Usinada • Rebarbas — Mecânicos • Microdureza • Trincas Fatores Subsuperficiais • Tensões residuais (integridade) • Recristalização — Metalúrgicos • Transformações metalúrgicas Figura 16. Por exemplo.1. da máquina e da operação. Textura da Superfície Usinada O acabamento não está especificamente ligado à textura ou padrão característico da superfície técnica. a importância do estudo do acabamento aumenta à medida que crescem as exigências do projeto. confiabilidade e longa vida ao componente fabricado – principalmente quando vidas humanas estão em jogo. em geral.. A integridade é a característica através da qual podem ser relacionadas ou identificadas as diversas exigências ou alterações metalúrgicas que poderão se desenvolver devido à usinagem como: transformações de fases. A produção de superfícies lisas exige. custo de fabricação mais elevado. 123 16. e vice-versa. Por esse motivo. como eixos de um mancal. as superfícies dos componentes deslizantes. ondulação. a fim de garantir segurança. conformação ou dureza. máquina-ferramenta: ferramenta de corte. Os erros macrogeométricos em usinagem são desvios geométricos (ondulação. apresentam irregularidades. pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície.3). ou seja. transferência de calor. Figura 16. erros de posicionamento.3 – Rugosímetro portátil Mitutoyo modelo SJ-201. Rugosidade é o conjunto de irregularidades. Ela influi na: qualidade de deslizamento. falta de treinamento. circularidade etc. a exemplo do rugosímetro (Fig. ovalização. resistência ao desgaste. defeitos nas guias. método: processo de fabricação para obtenção da peça. A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecânicos. adequação do instrumento ao mensurando. projetores de perfis etc. Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos eletrônicos. 16. parâmetros de corte. planicidade.2).2 – Irregularidades presentes na superfície usinada.) que afetam as dimensões nominais das peças e podem ser ocasionados por diversos fatores (6M). meio ambiente: variação de temperatura. qualidade de superfícies ópticas. principalmente: material da peça: usinabilidade.124 Os diferentes processos de fabricação mecânica determinam acabamentos diversos nas superfícies. resistência oferecida pela superfície . medição: incerteza de medição. 16. possibilidade de ajuste do acoplamento forçado. Estes erros são verificados por meio de instrumentos convencionais de medição tais como micrômetros. limpeza do local de trabalho. Os erros microgeométricos são conhecidos como rugosidade. retilineidade. E essas irregularidades compreendem dois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros microgeométricos (Fig. mão de obra: erros de interpretação. Figura 16. As superfícies por mais perfeitas que sejam. relógios comparadores. 5 mostra a classificação dos acabamentos superficiais – geralmente encontrados na indústria metal mecânica – em 12 grupos. visto que a resistência à fluência e outras propriedades mecânicas podem ser afetadas. Para dar acabamento adequado à superfície da peça necessita-se. Integridade da Superfície Usinada Tradicionalmente. Além . cuja área é igual à soma absoluta das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha média. Isto se torna particularmente importante. Alterações de natureza mecânica ou metalúrgica abaixo da camada mais externa da superfície exercem também importante influência sobre o desempenho do material. qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras. vedação. o acabamento apresenta sulcos de usinagem bem orientados. determinar o nível em que ela deve ser usinada. tendo por comprimento o valor m. capacidade de carga. 125 ao escoamento de fluidos e lubrificantes. onde a peça usinada é solicitada a altas tensões (em particular. Define-se Ra como o desvio médio aritmético dos valores absolutos das ordenadas de afastamento (yi). portanto. 16. resistência à corrosão e à fadiga.3. Amplos dados foram acumulados para indicar que a textura é apenas uma parte da consideração. haver relacionamentos diretos entre rugosidade e Tribologia. exige-se pouca responsabilidade. O parâmetro de medição aplicável à maioria dos processos de fabricação baseia-se nas medidas de profundidade da rugosidade: Ra (roughness average). Figura 16. isto é. Embora a maioria das alterações ocorra nos primeiros 38 m sob a superfície. amplamente. Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo. dos pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média.4. sobretudo em superfícies onde: o controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção faz-se necessário. a textura da superfície tem sido aceita como critério que controla a qualidade de uma superfície usinada. Figura 16. tal distância pode compreender uma parte significativa de um componente de precisão que está sendo projetado. Assume-se. aparência. Permite. e os organiza de acordo com o grau de rugosidade e o processo de usinagem que pode ser usado em sua obtenção. tensões alternadas) ou ambientes severos (em altas temperaturas ou ambientes corrosivos). deve-se adotar um parâmetro que permita avaliar a rugosidade. dentro do percurso de medição (m). também. como no caso de acabamentos com fins apenas estéticos. visualizar uma relação aproximada entre as classes e os valores de Ra [m]. A norma NBR 8404/1984 de indicação do Estado de Superfícies em Desenhos Técnicos esclarece que a característica principal (o valor) da rugosidade Ra pode ser indicada pelos números da classe de rugosidade correspondente.4 – Definição da rugosidade média Ra Ra é o parâmetro de medição mais utilizado em todo o mundo. transferência de calor etc. A Figura 16. Como durante a usinagem as energias (do processo) misturam-se com as propriedades do material da peça.6 mostra um desenho esquemático das camadas internas abaixo da superfície. Além disso.126 disso. A camada limite externa (1 e 2) é considerada como aquela onde ocorrem as reações químicas (adsorção. trincas e tensões residuais. A Figura 16. encontra-se uma camada que sofre transformações metalúrgicas e deformações plásticas devido à ação de corte da . Estas situações enfatizam a necessidade de que os engenheiros encarregados do projeto. Assim. oxidação etc. Logo abaixo. é necessário selecionar apropriadamente os níveis das variáveis de entrada para se obter um componente com as tolerâncias (especificadas pelo projeto) e propriedades (técnicas superficiais) satisfatórias. todo processo possui alguma variabilidade inerente que se modifica com quase todas as variáveis de entrada. da fabricação e da garantia de qualidade devam compreender ambos os aspectos da tecnologia de superfície (textura e integridade).5 – Classificação do acabamento das superfícies usinadas de acordo com o processo de fabricação. já que seu desempenho pode ser influenciado por uma camada externa (transformações químicas e deformações plásticas) e por camadas internas (transformações metalúrgicas e tensões residuais). a fim de produzir componentes seguros. camada limite interna (3 a 5). A combinação destes efeitos pode gerar desgaste ou fadiga na peça. Figura 16. As superfícies usinadas são bem mais complexas do que parecem ser.) na superfície recém-usinada. podem consequentemente surgir efeitos superficiais tais como rugosidade. confiáveis e de longa vida. salienta-se que muitas falhas em componentes mecânicos originam-se nos primeiros milésimos de milímetros abaixo da superfície efetiva (obtida por instrumentos de medição). A intensidade da deformação plástica e transformação metalúrgica diminuem gradativamente à medida que se distancia da superfície usinada até que não seja mais percebida. 16. Seções metalográficas de alta magnitude. Influência dos Parâmetros de Entrada no Acabamento Usinado 16. 16.4.075 (16. Material da peça A fim de se garantir um bom acabamento superficial. podem ser usadas no controle efetivo de alterações microestruturais que podem causar falhas. Figura 16. Geometria da ferramenta Basicamente a rugosidade é decorrente da forma geométrica da quina da ferramenta e do movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte.4.6 – Camadas superficiais de corpos sólidos.4.2.2: .1. No processo de torneamento.1: 1000 f 2 f2 Ra 32. 127 ferramenta e variação de temperaturas envolvidas durante a usinagem. tomadas paralelamente e perpendicularmente às marcas de avanço. o controle do estado microestrutural do material é tão importante quanto o controle dos parâmetros de usinagem. o valor de Ra [m] é calculado aproximadamente pela Equação 16. conforme Equação 16. se o avanço f [mm/volta] é menor que o raio de quina r [mm] da ferramenta.1) 18 3 r r Para uma operação de fresamento tangencial. o valor de Ra [m] é calculado teoricamente em função do avanço por dente fz [mm] e pelo diâmetro da fresa D [mm]. dos parâmetros de usinagem. respectivamente. etc. Todavia.15 (16. Mas quando ’r é incrementado a rugosidade máxima (Rmax) aumenta. da qualidade de trabalho. Pela Figura 16.3 que Ra diminui com o aumento de r. as ferramentas com r 90o geram superfícies com acabamento superior àqueles obtidos com ferramentas com r 90o. Outro fator importante a ser observado. ’r 3o. é que o decréscimo em ’r contribui para aumentar a resistência da ponta da ferramenta de corte devido ao consequente aumento do ângulo de quina (r). fazendo com que a leitura do rugosímetro indique valores de Ra menores que o teórico. outro parâmetro geométrico da ferramenta de corte exerce influência marcante no acabamento superficial: o ângulo de posição secundário (’r). reduzindo o atrito entre a superfície secundária de folga e a superfície usinada da peça. devido à condição dinâmica do processo de usinagem. Estudos mostraram que as melhores condições de rugosidade são obtidas com r 95o. Já para ’r pequeno.3) Pode-se constatar pelas Equações 16. Isto se deve ao aumento da força passiva. Sendo assim. Para operações de fresamento.2) 9 3D D Para uma operação de fresamento frontal. 16. o valor de ’r pode afetar diretamente o acabamento superficial e a exatidão dimensional da peça e a vida da ferramenta de corte. Estes esquemas sugerem que para ’r grande (maior que 15o). Assim. do estado da máquina. partículas aderidas à superfície da peça “camuflam” a profundidade real dos vales. As Figuras 16.3: R a 500 r r2 0.7a e 16. Um acabamento superficial insatisfatório foi obtido com r 75o.1 a 16.7b mostram um esquema da geometria da superfície usinada por ferramentas com ’r grande e pequeno. uma redução neste ângulo aumenta a força passiva porque a aresta de corte secundária torna-se mais ativa e pode causar trepidações. procurando ressaltar as marcas de avanço e as partículas aderidas à superfície. Além de r e r. estas partículas agem de forma oposta e a leitura do rugosímetro indica valores de Ra maiores que o teórico. o que significa que a qualidade da superfície tende a piorar.4. Processo de usinagem Os diferentes processos de fabricação de componentes mecânicos determinam acabamentos diversos nas suas superfícies. A melhor ou pior qualidade decorre das condições da ferramenta. Além disso. Porém. o valor de Ra [m] é determinado pela Equação 16.128 1000 f z 2 fz2 Ra 64. .5 pôde-se perceber que há uma relação entre a rugosidade e o processo de usinagem empregado na peça. ’r protege a aresta secundária de corte contra arranhões e cortes. A ocorrência de trepidações pode ser controlada pela adoção apropriada do ângulo de posição secundário na geometria da ferramenta.3.25 f z2 (16. que faz com que o sistema ferramenta-peça fique menos rígido e mais suscetível a trepidações. os melhores resultados encontrados para o acabamento foram obtidos com 5o ’r 15o. o cavaco deve ser retirado desta região com a utilização de fluido lubrirrefrigerante em alta pressão. Entretanto. uma vez que a APC desaparece. uma vez que pequenas partículas desta são perdidas durante o processo de corte e ficam aderidas na superfície da peça. por consequência. Entretanto. não evita a formação da APC.4.5. é claro. Portanto. assim como às camadas diretamente abaixo desta. Assim. 16. Assim.7 – Esquema da geometria da superfície usinada por ferramentas com ’r: (a) grande. Meio lubrirrefrigerante O melhoramento conhecido do acabamento superficial pelo meio lubrirrefrigerante. A sua capacidade de expulsar os cavacos depende da viscosidade e da vazão do fluido. quando se usina em baixas velocidades de corte. pois o fluido não penetra na interface cavaco/ferramenta e. Os parâmetros de corte mais influentes no acabamento superficial são: o avanço (f). um acréscimo de a p promove um aumento das forças. deteriorando imensamente o acabamento. Portanto. Condições severas podem causar danos à superfície usinada. a vida do componente deve ser levada em consideração. A permanência do cavaco na região de corte pode comprometer o acabamento da superfície usinada ou ainda promover avarias nas ferramentas de corte. (b) pequeno. podendo incrementar as vibrações e. Um aumento do avanço tende a aumentar a rugosidade da superfície. pois a altura dos picos e a profundidade dos vales das marcas de avanço são proporcionais ao quadrado desse avanço. 16. o acabamento melhora quando vc aumenta. quando a profundidade for superior a um valor mínimo. portanto. é frequentemente atribuído ao efeito da lubrificação da superfície de saída da ferramenta que previne a formação ou reduz as dimensões da APC. quando se seleciona os parâmetros de um processo de usinagem. A profundidade de corte praticamente não tem influência sobre a qualidade superficial.4. . gerar superfícies mais rugosas. Em baixas velocidades de corte o mau acabamento superficial pode ser explicado pela presença da aresta postiça de corte (APC).4. a melhoria no acabamento ocorre devido à ação lubrificante após a superfície usinada ter sido formada. do tipo de operação de usinagem e do tipo de cavaco que está sendo formado. 129 (a) (b) Figura 16. Parâmetros de corte Os parâmetros de corte exercem uma influência decisiva na integridade superficial da peça usinada. a profundidade de corte (ap) e a velocidade de corte (vc). estudos mostraram que o lubrirrefrigerante não tem um efeito sobre o tamanho e a forma da APC. além. sempre que possível. o que pode conduzir à quebra da peça em serviço. prevenindo a aderência de partículas de APC comprimidas contra a peça durante a operação de usinagem. muda as dimensões da peça. O desgaste de cratera modifica a geometria da superfície de saída da ferramenta. Ela cresce gradualmente até romper-se bruscamente. A formação de cavacos descontínuos ou de cavacos contínuos com a presença de APC pode causar trincas. podendo a mesma sair de sua faixa de tolerância. Se os lascamentos continuarem crescendo. aumentando sua resistência mecânica e fazendo às vezes de aresta de corte.130 16. . Entretanto. a ocorrência de cavacos contínuos sem a presença de APC é a condição de corte mais desejável para se obter um melhor acabamento superficial.6. Parte da APC que rompe é carregada com o cavaco e parte adere à peça. A aresta postiça de corte (APC) aderente à aresta de corte se deforma e se encrua. Estas forças desviam a ferramenta e iniciam vibrações que afetam o acabamento superficial.4. A deformação plástica provoca deficiência no controle dos cavacos e deterioração do acabamento superficial da peça.4. as quais se estendem na superfície da peça usinada e cria flutuações nas forças. provocam a quebra da ferramenta. 16. a rugosidade da peça diminui.7. podendo causar a quebra da ferramenta. facilitando o seu escoamento. Entretanto. Sabe-se que a formação do cavaco depende das condições de corte e do material da peça. alterando o valor do ângulo de saída e modificando a curvatura do cavaco. Estado da ferramenta O desgaste de flanco causa deterioração do acabamento superficial da peça porque altera totalmente a forma geométrica da aresta de corte original. Seu crescimento pode gerar lascamentos na aresta de corte. Por isso. visto que o cavaco não colide com a superfície usinada da peça. um aumento da cratera fragiliza a quina. Tipos e formas do cavaco Além da forma geométrica da quina da ferramenta e do movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte. o acabamento superficial na operação de usinagem depende também do tipo de cavaco formado. prejudicando sensivelmente seu acabamento superficial. 131 QUESTÕES DE REVISÃO: PARTE 1 – FUNDAMENTOS DA USINAGEM 1. Explique o que torna os processos não convencionais de usinagem tão “especiais”? 3. Como a fabricação da matéria-prima (laminação. recozimento e têmpera) pode influenciar na usinagem de uma peça? 6. 2. André João de Souza . normalização. Identifique com a nomenclatura correta as operações básicas desempenhadas por uma mesma máquina-ferramenta na geração de geometrias circulares externas ilustradas abaixo: (a) (b) (c) (d) (e) (f) 4. Identifique com a nomenclatura correta cada um dos ângulos indicados nas três figuras – símbolo e significado. Defina taxa de encruamento. 5. Diferencie os processos de usinagem com ferramentas de geometria definida dos processos de usinagem com ferramentas de geometria não definida quanto à formação do cavaco e ao acabamento gerado na superfície. Por que materiais com alta taxa de encruamento possuem baixa usinabilidade? Prof. mesmo em condições difíceis. cermet. Usinagem de ferro-fundido em peças da indústria automobilística. Quais são os desgastes comumente originados em ferramentas de corte no torneamento de aço- carbono a altas velocidades? Quais os mecanismos que originam esses desgastes? Quais as ações de minimização desses desgastes? 17. 11. Ao contrário do que parece. baseando-se nos materiais de ferramentas: “quanto maior a resistência ao desgaste da ferramenta. a potência não é diretamente proporcional à velocidade. e em operações de acabamento. Usinagem de furação e fresamento. Defina usinabilidade. Em processos de torneamento. Usinagem de acabamento fino de aços com baixa dureza. em operações que exijam tolerâncias apertadas e excelente acabamento usinado. O que faz o Inconel 718.132 7. Quais as consequências que o calor gerado pode ter sobre a ferramenta de corte e sobre a peça usinada? 19. 10. Por que alguns metais duros não podem ser utilizados na usinagem de aço? 12. Por que a força de corte aumenta linearmente com o incremento da profundidade de corte e aumenta não linearmente com o incremento do avanço? 15. Dentre as ferramentas indicadas (aço-rápido. Por que se deve diminuir o ângulo de saída da ferramenta no torneamento de materiais duros? 8. Usinagem de qualquer tipo de material até uma dureza de 45 HRc. Quais são as principais fontes de aquecimento no processo de usinagem? 18. Por que se deve aumentar o ângulo de posição da ferramenta na usinagem de materiais moles? 9. o ADI. sabe-se que a potência de corte é o produto da força de corte pela velocidade de corte. maior a velocidade de corte que pode ser empregada. indique qual delas é a mais indicada para cada uma das seguintes operações: Usinagem de aços duros (45 a 65 HRc). devido à geometria da ferramenta e às condições de corte empregadas. Explique por quê. metal-duro. 13. Por que em operações de desbaste no processo de torneamento o avanço (f) e a profundidade de corte (ap) devem ser os maiores possíveis e a velocidade de corte (vc) o menor possível. Em processos de torneamento. sabe-se que a força de corte é o produto da pressão específica de corte pela área da seção transversal de corte (definida pelo produto do avanço pela profundidade de corte). cerâmica. Usinagem de ligas de alumínio-silício. Discuta a afirmação. maior o avanço que pode ser empregado”. Descreva o procedimento para avaliar a usinabilidade de um material. 16. CBN e PCD). e quanto maior a tenacidade. “f” e “ap” devem ser os menores possíveis e “vc” o maior possível? . o aço inox duplex e a liga AL-Si materiais de usinabilidade ruim? 14. 23. Dentre as falhas que podem levar ao fim de vida uma ferramenta P20 torneando aço 1045 com velocidade de corte vc = 350 m/min estão os desgastes de flanco e de cratera. cite pelo menos 5 (cinco) variáveis “independentes” de entrada onde se pode intervir para controlar tal falha. justificando. Como se sabe. o ângulo de cisalhamento e a usinabilidade dos materiais. Explique a relação entre o grau de recalque. sabe-se que podem ser formados cavacos contínuos ou cisalhados. 25. ferramentas e máquinas operatrizes devem ter características especiais. Como se pode evitar a deformação plástica na ferramenta de corte? 34. Como se pode evitar a aresta postiça de corte (APC) na ferramenta? 33. a variação do ângulo de posição da ferramenta influencia as componentes ortogonais da força de usinagem. forçada e autoexcitada. Com relação aos parâmetros de corte utilizados no corte de materiais dúcteis. Sabendo que a falha da ferramenta de corte (avaria ou desgaste) é uma variável “dependente” de saída do processo de usinagem. 133 20. Em uma operação de torneamento em aço-carbono. Como se especifica. 32. principalmente as parcelas de avanço e passiva. a vida de uma ferramenta de corte? 35. Explique em poucas palavras como este tipo de cavaco se forma e qual sua relação com materiais de difícil corte. 21. neste caso. 29. uma das alternativas é utilizar altas velocidades de corte (vc). 31. Para aumentar a velocidade de produção. usualmente. Comente a necessidade da aplicação de fluido lubrirrefrigerante na Questão 20 dentro dos contextos econômico. Sabe-se que o cavaco lamelar (ou segmentado) é constituído de lamelas (ou segmentos) distintas justapostas em uma disposição contínua. tecnológico e ambiental. Considerando a . Qual é o melhor tipo em termos de usinabilidade e o que fazer para minimizar a formação do pior tipo dentre os dois? 24. Como se desenvolve a vibração chatter? O que esta pode causar no processo de usinagem? 30. Descreva de que maneira as geometrias dos quebra-cavacos influenciam as operações de desbaste e acabamento em torneamento. 22. Explique de que maneira a temperatura na região de corte influencia e é influenciada pelo desgaste da ferramenta de corte. O que ocorre com estas parcelas com o aumento desse ângulo e por quê? 28. 26. Diferencie vibração livre. Entretanto. o material da ferramenta mais indicado e as características necessárias à máquina operatriz. Qual o efeito do raio de ponta da ferramenta de corte sobre a espessura do cavaco gerado? 27. onde se deseja utilizar vc > 500 m/min determine. ( ) Falta de tenacidade no material da ferramenta. quais são os mecanismos causadores destes desgastes. (D) Variação dimensional na peça: Sistema de fixação inadequado. (B) Desgaste excessivo da ferramenta: Geometria da ferramenta inadequada. Problemas Causas ( ) Falta de rigidez na máquina-ferramenta. de que modo estas falhas afetam a qualidade da peça usinada e o que pode ser feito para diminuir este problema.134 aplicação da ferramenta. Vibrações da máquina-ferramenta. f. lascada ou desgastada. (A) Quebra da ferramenta: Desgaste da ferramenta. ( ) Parâmetros de corte inadequados. 40. 37. Associe a coluna das causas prováveis com a dos respectivos problemas em operações de torneamento. ( ) Aresta postiça de corte. ( ) Ferramenta de haste longa. (E) Vibração da ferramenta: Ferramenta muito afiada. ap e meio lubrirrefrigerante) podem influenciar o acabamento da superfície usinada por torneamento? 38. De que maneira os parâmetros de usinagem (vc. De que maneira a geometria da ferramenta de corte podem influenciar o acabamento da superfície usinada por torneamento? 39. (C) Rugosidade acima do permitido: Meio lubrirrefrigerante ineficaz. 36. Repita a Questão 35 considerando uma ferramenta S20 torneando uma liga de titânio com velocidade de corte vc = 150 m/min. Deduza a equação do tempo de corte tc [min] na operação de faceamento em torneamento a partir de um diâmetro externo De [mm] até um diâmetro interno Di usando uma velocidade de corte vc [m/min] e um avanço f [mm/volta] . explique onde ocorrem estes problemas na ferramenta. 135 17. PROCESSO DE TORNEAMENTO: GENERALIDADES 17.1. Introdução Torneamento (também chamado de corte semiortogonal em laboratórios de pesquisa) é um processo mecânico de usinagem com geração de cavaco onde um sólido de revolução bruto [matéria- prima (barra) ou corpo de prova (tarugo)] é transformado retirando‐se material de sua periferia. Nesta retirada é utilizada uma ferramenta monocortante a com a finalidade de se obter uma superfície técnica (cilíndrica ou cônica) com formas, dimensões e acabamento definidos. Na operação de corte, a peça bruta é fixada na placa do torno e girada a certa rotação em torno do eixo principal da máquina (movimento de rotação). Simultaneamente, a ferramenta, rigidamente alojada em um dispositivo chamado porta‐ferramentas, é deslocada simultaneamente em uma trajetória coplanar ao referido eixo (movimento de translação) a uma taxa de avanço constante. Esta combinação de movimentos promove a remoção de uma camada de material da peça bruta para formar um cilindro, um cone, uma rosca ou ainda uma superfície de perfil mais complexo. O movimento de avanço da ferramenta pode ser ao longo da peça, o que significa que o diâmetro da peça será torneado para um tamanho menor. Alternativamente, a ferramenta pode avançar em direção ao centro, para o final da peça, o que significa que a peça será faceada. Frequentemente são combinações dessas duas direções, resultando em superfícies cônicas ou curvas, com as quais as unidades de controle dos tornos CNC atuais podem lidar por meio de muitas possibilidades de programas. Historicamente, os primeiros passos de pesquisa passaram pela procura das melhores geometrias para a operação de corte. A etapa seguinte dedicou‐se à busca de materiais de melhores características de resistência e durabilidade. Depois se passou a combinar materiais em novos modelos construtivos sincronizando as necessidades de desempenho, custos e redução dos tempos de parada no processo produtivo. Como resultado, consagrou‐se o uso de ferramentas compostas, onde o elemento de corte é uma pastilha (inserto) montada sobre uma base. A Figura 17.1 mostra uma operação de corte em que uma ferramenta com inserto de metal‐duro M20 (vide Norma ISO 503, Fig. 8.6) é usada no torneamento de acabamento de uma peça de aço inoxidável. Observe a formação do cavaco helicoidal curto tipo arruela (vide Norma ISO 3685, Fig. 11.4). Apesar de ser geralmente uma operação de corte com aresta monocortante, o processo de torneamento varia nos aspectos de formato e material da peça, tipo de operação, requisitos, custos, etc. que determinam uma série de fatores de corte da ferramenta. As ferramentas de corte atuais são cuidadosamente projetadas, baseado em décadas de experiências, pesquisas e desenvolvimentos. O torneamento é certamente o processo de usinagem mais comumente empregado em trabalhos experimentais relativos ao corte dos metais com geração de cavaco. 17.2. Movimentos e Grandezas Os movimentos entre ferramenta e peça durante a usinagem são aqueles que permitem a ocorrência do processo de corte. Tais movimentos são considerados durante o projeto e a fabricação das máquinas- ferramentas que os realizarão. Prof. André João de Souza 136 Figura 17.1 – Operação de torneamento em aço inoxidável com inserto intercambiável ISO M20 Os movimentos podem ser classificados como ativos ou passivos. Os movimentos ativos são aqueles que promovem remoção de material ao ocorrerem. Os movimentos passivos são aqueles que, apesar de fundamentais para a realização do processo de usinagem, não promovem remoção de material ao ocorrerem. Ambos são importantes, pois a eles estão associados tempos que, somados, resultam no tempo total de fabricação (produção). Para que se possa melhor compreender a interação entre máquina/ferramenta/peça é preciso entender os movimentos relativos entre elas. Esses movimentos referem-se à peça considerada parada. A Figura 17.2 mostra a direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no torneamento, descritos nos itens subsequentes. Figura 17.2 – Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no torneamento, mostrando os ângulos de direção de avanço (), de direção efetiva () e o plano de trabalho da ferramenta (Pfe) Movimento de Corte (rotação da peça): movimento entra a ferramenta e a peça, que, sem o movimento de avanço gera apenas uma remoção de cavaco durante uma única rotação da ferramenta. 137 Movimento de Avanço (translação longitudinal da ferramenta): movimento entre a peça e a ferramenta, que, junto com o movimento de corte, gera uma remoção repetida ou contínua do cavaco durante várias rotações da ferramenta. Movimento Efetivo de Corte (movimento combinado ferramenta/peça): resultado dos movimentos de corte e de avanço (contínuo) realizados simultaneamente. Movimento de Profundidade (translação transversal da ferramenta): movimento entre a peça e a ferramenta no qual a espessura da camada de material a ser retirada é determinada de antemão. A Figura 17.3 ilustra de maneira esquemática os movimentos em uma operação de torneamento longitudinal externo, no qual se podem visualizar os movimentos de corte (seta azul), de avanço (seta vermelha) e de profundidade (seta amarela). Figura 17.3 – Representação dos movimentos no processo de torneamento 17.2.1. Velocidade de corte e velocidade de avanço A velocidade de corte vc [m/min] é a velocidade tangencial instantânea resultante da rotação da peça no ponto de contato da ferramenta a uma profundidade de corte definida, onde os movimentos de corte e de avanço ocorrem simultaneamente (Eq. 17.1): dn vc (17.1) 1000 onde d é o diâmetro final da peça [mm]; n é a velocidade de rotação da peça [rpm]. A velocidade de avanço vf [mm/min] é o produto do avanço f [mm/volta] pela velocidade de rotação n [rpm] da ferramenta(Eq. 17.2): vf f n (17.2) 17.2.2. Seção transversal de corte A situação idealmente simples para análise das relações entre os parâmetros de corte e as demais grandezas de usinagem – com erros considerados aceitáveis entre 10% e 15% dos valores medidos e/ou 138 calculados – ocorre quando se considera uma ferramenta com aresta de corte retilínea em canto vivo, ângulos 0 e ’r 0. Esta situação idealmente simplificada define a seção transversal de corte. A Figura 17.4 mostra a situação idealmente simplificada. (a) (b) Figura 17.4 – Definição da área da seção transversal de corte: (a) superfícies, grandezas de corte, ponto de referência “D” e largura de corte “b” no torneamento cilíndrico; (b) grandezas de corte para arestas de corte retilíneas – torneamento cilíndrico com = 0 e ponto de corte na ponta da ferramenta. A área (A) da seção transversal no corte ortogonal (bidimensional) – em verde – é a área calculada perpendicularmente à direção de corte no plano de medida de um cavaco a ser removido (com erro de 10% a 15% sobre o valor real). Neste caso, é válida a Equação (17.3). A = apf = bh (17.3) A largura de corte (b) e a espessura de corte (h) são calculadas na seção transversal de corte. Da Figura 17.4, tem-se: ap h Cap. 11: sen r (11.3) b f 17.2.3. Tempo de corte e taxa de remoção de material O tempo de corte tc [min] resume a totalidade dos tempos ativos, pois ele representa o tempo em que os movimentos de corte e/ou avanço estão efetivamente ocorrendo, Eq. (17.4): Lf L d Lf tc f (17.4) vf f n 1000 f v c onde Lf é o percurso de avanço [mm]. 139 Recapitulando: a velocidade de corte (vc) é a taxa na qual a ponta da ferramenta passa pela superfície a ser trabalhada, normalmente expressa em [m/min]; o avanço (f) corresponde à distância percorrida pela ferramenta na direção axial em cada volta da peça a uma dada rotação, em [mm/volta]; e a profundidade de corte (ap) é a espessura do metal removido da peça, medida em uma direção radial em [mm]. O produto destes três parâmetros de corte resulta na taxa de remoção de material Q [cm3/min]. A taxa de remoção de material (Eq. 17.5) representa o volume de cavaco removido [cm3] por unidade de tempo [min]. Este parâmetro é frequentemente utilizado para determinar a eficiência de uma operação de usinagem. Q = a p f vc (17.5) 17.3. Tornos A máquina-ferramenta de usinagem para obtenção de superfícies usinadas de revolução é chamada de torno. Isto se dá com a peça em movimento principal de trabalho (rotação), enquanto a ferramenta tem os movimentos: longitudinal (avanço) e transversal (profundidade). Os fatores que definem a escolha de um torno são: material da peça; tamanho do lote; prazo do lote; relação geométrica L/D; grau de complexidade; grau de desbalanceamento; quantidade de operações; quantidade de ferramentas necessárias; dispositivos e acessórios disponíveis. 17.3.1. Tipos de tornos A classificação de um torno pode ser feita em função de diferentes fatores, tais como tipo, grau de automatização, controle ou comando da máquina etc. Este último é o mais aplicado, dividindo os tornos em convencionais (universal, revólver, vertical, copiador, automático), e com comando numérico. A Figura 17.5 ilustra os principais tipos de máquinas-ferramentas para torneamento e a Tabela 17.1 cita as suas características básicas. Tabela 17.1 - Características básicas dos tipos de máquinas-ferramentas para torneamento Dependência Grau de Velocidades Tamanho Tipo de Torno Utilização do Operador Automação e Avanços do Lote Oficinas e Universal Alta Baixo Baixos Pequeno ferramentarias Médio Revólver Produção Alta Baixos Pequeno a médio (mecânica) Produção (peças Alto (mecânica Vertical Alta Baixos a médios Pequeno a médio muito grandes) e/ou eletrônica) Alto (mecânica Copiador Produção Alta Baixos Pequeno a médio e/ou eletrônica) Semiautomático Produção Baixa Alto (mecânica) Médios Grande Automático Produção Baixa Alto (eletrônica) Altos Médio a grande CNC Produção Baixa Alto (eletrônica) Altos Pequeno a médio Peças especiais Ultraprecisão Baixa Alto (eletrônica) Muito baixos Pequeno a médio e/ou exclusivas Requisitos Depende do grau Depende do tipo de Especial Exclusiva Pequeno a grande específicos de automação peça até tornos com alto grau de automação em que todas as funções são automáticas. hidráulicos e pneumáticos. produzir o maior número de peças no menor tempo possível. automático e especial. O torno revólver surgiu da necessidade de reduzir o custo da produção em série (grandes ou pequenas). Este alto grau pode ser conseguido mediante o emprego de dispositivos e comandos mecânicos. Sua principal característica é a utilização de um dispositivo especial em forma de torre giratória que emprega várias . elétricos. Os tornos universais são os mais comuns. vertical. tais como avanço longitudinal e avanço transversal. semiautomático. isto é. Não oferecem grandes possibilidades de produção devido à dificuldade que apresenta na mudança de ferramenta. inclusive funções de carga e descarga de peças.5 – Principais tipos de máquinas-ferramentas para torneamento Tornos convencionais Os tornos convencionais vão desde tornos com simples mecanização de algumas funções.140 (a) Torno universal (b) Torno revólver (c) Torno vertical (d) Torno copiador (e) Torno automático (f) Torno CNC Figura 17. revólver. mas com baixa flexibilidade e mudanças na produção. Os componentes básicos de um torno convencional podem ser resumidos através da Figura 17. Este tipo de automação é chamado automação rígida que fornece à máquina alta produção e eficiência. copiador.6 que mostra os subsistemas do torno universal. Dentre os convencionais estão os tornos: universal. diferindo apenas na disposição do eixo-árvore. Pode ter mais de um carro porta-ferramentas – o segundo para cargas leves e torneamento simultâneo (operações externas. Figura 17. Sob o ponto de vista funcional.6 – Subsistemas do torno universal O torno vertical é semelhante ao torno de placa. geralmente. Para tanto. que é vertical. os tornos revólver são semelhantes aos tornos comuns. Por ter um eixo apoiado em mancais altamente resistentes. com avanços longitudinais (vertical) e transversais. Podem-se efetuar as operações de torneamento. O torno copiador permite obter peças com a forma de sólidos de revolução de qualquer perfil. internas e faceamento). Já a fixação de peças (grandes diâmetros e pesos excessivos) é mais simples e exige menos esforço (maior comodidade). 141 ferramentas (varia de 4 a 12) convenientemente dispostas e preparadas para realizar as operações em forma ordenada e sucessiva – o castelo revólver. entretanto. Em geral é constituído por castelo (magazine) para várias ferramentas. utilizando uma série de ferramentas que serão aplicadas sem a remoção da peça e sem alteração de colocação de ferramenta. a expulsão de cavacos é mais difícil. É empregado. para a produção seriada de peças que tenham perfis cônicos. é necessário que a ferramenta execute dois movimentos simultâneos – translação longitudinal e translação transversal – em relação à peça que se trabalha. Peças de formato irregular não precisam ser cuidadosamente alinhadas antes de se aplicarem rotações elevadas (como em operações horizontais). com a diferença de o barramento ser mais curto e apresentar o castelo (ou torre) porta-ferramenta. A finalidade é permitir que sejam usinadas várias peças iguais. a ferramenta move-se automaticamente seguindo o perfil até o fim. furação. Construtivamente. Além disso. de modo igual. esféricos ou complexos. alargamento e roscamento. não caem sobre o barramento. o torno copiador poderia ser considerado um torno semiautomático já que ao inserir o protótipo e a peça a ser usinada. . Caracteriza-se pelo corte lento gerando cavacos com grande seção transversal. estes consomem maior potência. além do que. O campo de aplicação se dá na produção seriada de pequenas peças torneadas. Interface eletroeletrônica: componente que distribui e comanda os diversos elementos da máquina (motores principais do eixo-árvore. A diferença entre o semiautomático e o automático é que o segundo produz uma peça a partir da matéria-prima (barra. própria para estes motores. aumentando . proporcionando qualidade e tolerâncias ótimas. Os tornos comandados por computador. tais como gabaritos. quando comparado com torno convencional. Atua nos motores de avanço através de outra unidade de força de comando. hidráulicas e pneumáticas e ainda. e até mesmo a interferência direta do operador. uma vez que não necessitam de acessórios que proporcionem o controle dos movimentos da máquina. Comando eletrônico: equipamento (comando numérico) que recebe as informações em seu painel e atua na interface homem-máquina que. de modo que esta – sem a intervenção do operador – realize as operações na sequência programada. compilar estas informações e transmiti-las em forma de comando à máquina-ferramenta. proporcionando ao equipamento e à peça uma condição bastante favorável. O torno automático se caracteriza por realizar todas as operações (desde a matéria-prima até a peça final) sucessivamente. quase sempre a partir de uma barra cilíndrica de metal. Os tornos com comando numérico (CNC) diferem-se basicamente dos tornos convencionais. Os tornos especiais são aqueles destinados a operações específicas. Existem diferentes tipos de tornos automáticos. pode-se obter alta repetitividade de peças com nenhum erro ou interrupção. cada um com suas características particulares. todas as suas funções são programáveis. tem-se o torno detalonador. vergalhão etc. ou mesmo sem a intervenção do operador da máquina. O projeto e a construção são de altíssima rigidez e solidez. lubrificação. A diferença fundamental entre o torno revólver e o automático está no sistema de comando: no primeiro. em relação às exigências de forma. Como os movimentos são programáveis. por sua vez. permitem também sua integração com outros computadores e máquinas. dimensões etc. O semiautomático é apropriado especialmente para a usinagem de peças fundidas. Como exemplo. Estes movimentos são comandados através de dados de entrada. Em um torno CNC. incluindo as unidades motoras. os sistemas de refrigeração. a escolha deve ser feita baseando-se nas possibilidades que as ferramentas têm de efetuar certos movimentos para realizar um ciclo de trabalho conveniente. Os componentes básicos de um torno CNC são: Parte mecânica: máquina operatriz propriamente dita.) movimentada com avanço automático. que são os responsáveis pelo movimento dos carros. limites etc.142 O torno semiautomático é aquele em que há a necessidade de o operário substituir uma peça acabada por outra em estado bruto no final de uma série de operações realizadas sucessivamente de forma automática. de forma automática. motores de bombas hidráulicas) e também a abertura e fechamento de válvulas solenoides atuantes em sistemas hidráulicos e pneumáticos. no segundo. forjadas ou estampadas. os movimentos que caracterizam as diferentes operações de corte dependem do acionamento do operador para executar cada uma delas. sendo sua função principal programar o movimento relativo entre a ferramenta e a peça. a sucessão de operações se dá automaticamente. denominados CNC (comando numérico computadorizado). são maiores as garantias de uniformidade de qualidade de peça para peça e de lote para lote. uma após a outra. Tornos com comando numérico O comando numérico é um equipamento eletrônico capaz de receber informações por meio de entrada própria. cames. transportadores de cavaco e outros. na qual se exige um perfil constante. transmite à máquina-ferramenta as operações requeridas. usado no corte de dentes de fresas e machos. que determinam os movimentos a serem executados. flexibilidade – fator que vem sendo fortemente exigido dentro das indústrias atualmente. 17.8a) é usado principalmente na produção de peças mecânicas bem como elementos ópticos transmissivos e reflexivos (Fig. . Figura 17. nanousinagem ou até mesmo usinagem com ferramentas de diamante. inclusive. (b) espelho usinado. fresamento ou roscamento em superfícies de revolução. na nanométrica. 17.8b). de forma que podem ser realizados complementarmente os processos de furação. quando se necessita de alta precisão na escala submicrométrica e. A Figura 17. 143 sua capacidade de trabalho e diversificação.8 – Usinagem de ultraprecisão no LMP-UFSC: (a) torno. ou seja.7 – Torno CNC Mazak QTN 100-II O Centro de Torneamento é um torno com posicionamento de fuso programável (3º eixo) e com ferramenta programável em movimento na direção Y (4º eixo).7 mostra o Torno Mazak modelo Quick Turn Nexus 100-II presente no Laboratório de Automação em Usinagem (LAUS-UFRGS). A usinagem de ultraprecisão pode ser chamada de microusinagem. O torno de ultraprecisão (Fig. Laboratório de Mecânica de Precisão (a) (b) Figura 17. O movimento de rotação é transmitido à peça por meio de ressaltos no contraponto ou por grampo. 17. da ferramenta e dos parâmetros de corte. integrais ou intercambiáveis. Servem para o torneamento de peças pequenas (peças de precisão). 17. A peça. Mancais aerostáticos são adequados para projeto de cabeçotes e guias lineares. mandris. bem como seu real desempenho. O certo é prender a peça pelo seu maior diâmetro de modo a suportar mais facilmente o torque durante o corte e ser afixada o mais perto possível da face da placa. Algumas características funcionais são fundamentais: precisão de giro. A força necessária para uma fixação segura.9 – Tipos de sistemas de fixação de peças no torneamento Placas de castanhas. o torno e as ferramentas determinam o sistema de fixação a ser utilizado. Fixação e ajuste da peça na máquina A fixação deve ser segura.10 mostra duas situações errôneas de fixação da peça na placa. São sistemas de fixação de peças no torno: placas de castanhas. do tipo de operação e das ferramentas de corte utilizadas. etc. sem deixar marcas ou distorcer a peça. Utilizado no torneamento de peças longas. Fixação entre pontas. A potência requerida para o corte deve ser integralmente transmitida à peça. fixação entre pontas. Na usinagem de ultraprecisão. (Fig. depende da geometria e do material da peça. (a) Placa de castanhas (b) Fixação entre pontas (c) Pinça Figura 17. moles ou duras (temperadas). A Figura 17. rápida e precisa. da rigidez do setup e do tipo de fixação. repetitividade dos movimentos e capacidade de carga. As castanhas podem ser internas ou externas.144 O projeto e a fabricação de um torno de ultraprecisão. Para tanto. pequenos níveis de vibração e variações térmicas como os introduzidos pelo ambiente e pelo próprio processo de usinagem têm influência direta na qualidade da superfície usinada. autocentrantes ou independentes. A rotação segura depende do tamanho e da geometria da peça. A seleção criteriosa do sistema de fixação garante a obtenção de melhores resultados. são necessários furos de centro nas duas extremidades das peças.2. com fechamento manual ou automático (pneumático). Propicia elevada precisão de rotação e baixas deformações induzidas à peça. pinças.9). da forma e do acabamento desejado. rigidez elevada. Podem ser constituídas de três ou quatro castanhas. Pinças. placas magnéticas. placas de vácuo. dependem diretamente do comportamento estático e dinâmico de seus componentes.3. . Ferramentas de Corte Apesar de geralmente ser composto por operações de corte com ferramentas monocortantes. 17. Para isso. a fixação e o ajuste da ferramenta são a chave para obtenção de potenciais ganhos de produtividade e precisão do processo de usinagem. (b) transversal. Fixação e ajuste da ferramenta na máquina Com a busca incessante pela alta produtividade e a necessidade de se usinar com ampla gama de velocidades em uma grande variedade de materiais. principalmente os com ferramentas de geometria definida. (c) errado. (b) errado.13 mostra diferentes configurações de torres porta-ferramentas para máquinas convencionais. os processos de usinagem. A ausência desta rigidez se torna um fator crítico na qualidade da usinagem e na capacidade do processo. o torneamento varia em função do formato e do material da peça. requerem alta rigidez nas ferramentas de corte. Deve-se também observar o ângulo de posição da ferramenta em relação à peça (Fig. usa-se o contraponto como referência. 17.11b no torneamento transversal. da força de fixação e da geometria dos dispositivos de fixação possibilitam atingir o máximo desempenho das ferramentas de corte e das máquinas.12). que podemos traduzir em vantagem competitiva e lucros. Assim. As ferramentas para torneamento .10 – Método de fixação da peça na placa de castanhas: (a) certo. – fatores que podem influenciar nas características da ferramenta de corte.4. Recentes desenvolvimentos da precisão. A Figura 17. (a) (b) Figura 17. 145 (a) (b) (c) Figura 17.11 – Ajustagem do centro da ferramenta de corte no torneamento: (a) longitudinal. a haste da ferramenta fica fixada na torre do carro porta-ferramenta. 17. Vale frisar que a ferramenta deve ser fixada de modo que a ponta (quina e cunha) fique na altura do centro do torno. custos etc.11a mostra a ajustagem do centro da ferramenta no torneamento longitudinal e a Figura 17. das condições. Em geral.3. A Figura 17.3. exigências. que exigem tipos específicos de ferramentas para que a operação seja executada da maneira mais eficiente. de uma forma que seria impensável algumas décadas atrás. Figura 17. passando pelo formato e fixação da pastilha intercambiável no porta-ferramentas. .14 – Denominação das ferramentas de corte para torneamento. Da (macro e micro) geometria. com quina em ângulo.12 – Diferentes valores para o ângulo de posição “r” gerando larguras de corte “b” distintas. atualmente a ferramenta cuida da dinâmica do corte do material. 17.1. Figura 17. Há diversos tipos básicos de operações de torneamento. convencional ou modular. com ângulo de posição e tipo offset – (Fig.146 atuais são cuidadosamente projetadas.4. com quina quadrada. com base em décadas de experiência. 17. pesquisa e desenvolvimento. do material. Tipos de ferramentas As ferramentas podem ser inteiriças – retas. Figura 17.13 – Diferentes configurações de torres porta-ferramentas para tornos convencionais.14) ou com insertos (pastilhas) intercambiáveis. K. 17. O tamanho e o tipo da pastilha dependem da escolha do porta-ferramentas: os códigos de ambos devem ser correspondentes. perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina. N. M = semiacabamento. classes sem cobertura e Cermets. largura. O tamanho da pastilha é um dos fatores que determina a máxima profundidade de corte (ap).16) e interno (Fig. Espessura da pastilha (s = 4. O torneamento cilíndrico consiste da operação de corte na qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina. R = desbaste. as pastilhas são divididas em classes: classes com cobertura (CVD e PVD). bom acabamento superficial. Exemplo de pastilha intercambiável de metal-duro SNMG 120408 . além de sua alta taxa de remoção de material. 17. Raio de quina (r = 0.13). A profundidade de corte (ap) deve ser sempre maior que o raio de quina (r). Quebra-cavacos (M = semiacabamento). Operações de Torneamento O torneamento é um processo de usinagem muito utilizado pela indústria mecânica por causa do grande número de formas geométricas que pode gerar em suas diferentes operações. raio de quina (r) e o tipo/geometria do quebra-cavacos. Classe (metal-duro com cobertura CVD P25: 3 camadas = interna TiCN + intermediária Al2O3 + externa TiN). Todas as classes estão também classificadas de acordo com a norma ISO 513 (P. O valor de r influencia a seleção dos parâmetros de corte e o acabamento usinado: r pequeno: para aplicações em geral e baixos esforços de corte (menor risco de vibração). Outros fatores são: ângulo de posição (r).8 mm). roscamento etc. A operação pode ser externa (Fig. H. condições de corte mais severas. Classe ISO (P = aços). 147 O estilo da ferramenta inteiriça ou do porta-ferramentas para insertos intercambiáveis deve ser selecionado de acordo com a operação a ser executada.17b). Recomenda-se que a haste para insertos intercambiáveis (selecionada pela altura. a operação é chamada de faceamento. torneamento cilíndrico. S. .5. Quando o torneamento radial visa obter uma superfície plana. Tipo de pastilha (G = ). A designação descreve as seguintes áreas de aplicação: F = acabamento. Em geral. A escolha do raio de quina depende do perfil/especificações do componente e do tipo de operação de corte que deve ser executada. São operações de corte externo (Fig.17): torneamento radial de superfície (faceamento). 17. que pode ser externo (Fig. torneamento radial de entalhe circular (sangramento). Comprimento do gume (l = 12 mm). 17.76 mm). Tolerância do círculo inscrito (M = 0. O tipo/geometria dos quebra-cavacos é projetado para direcionar ou quebrar os cavacos no torneamento de materiais que geram cavacos longos. 17.PM 4025: S N M G 12 04 08 P M 4025 Legenda: Formato da pastilha (S = quadrada). torneamento cônico. r grande: garante maior resistência.15 mostra a codificação ISO de ferramentas de torneamento. A designação das classes acompanha um ranking que envolve propriedades básicas de tenacidade e resistência ao desgaste.16a) ou interno (Fig. O torneamento radial consiste da operação de corte na qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea.17a). Ângulo de folga da pastilha (N = 0o).17. 01-50). A Figura 17. diâmetro e comprimento) seja sempre a mais estável possível de acordo com as limitações da máquina-ferramenta e da operação de corte.16b) ou interna (Fig. 17. M. O torneamento de perfil consiste da operação de corte na qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória combinada e simultânea dos eixos longitudinal e transversal da máquina. em superfícies cilíndricas ou cónicas de revolução.16e). 17.16d) ou interno (Fig. a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. Quando o torneamento visa gerar na peça um entalhe circular através do movimento transversal da ferramenta.16c) ou interna (Fig. O roscamento pode ser externo (Fig.17d). Esta inclinação pode ser obtida através da fixação desalinhada da peça (deslocamento do contra-ponto) ou pela combinação simultânea dos movimentos da ferramenta nos eixos longitudinal e transversal da máquina. a operação é denominada sangramento radial. gerando na peça uma superfície cônica. por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais de passo uniforme. Vale salientar que a ferramenta para a usinagem de perfil deve ser adequada à geometria requerida na peça. Esta combinação tende a gerar uma trajetória curvílinea da ferramenta. A operação pode ser externa ou interna. 17. Quando a operação visa obter um entalhe circular na face (perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina).148 Figura 17. 17. A operação pode ser externa (Fig.17c). Para tanto. 17. . O roscamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de filetes. 17. 17. a operação é dita sangramento axial (Fig.17a). que pode ser externo (Fig.15 – Codificação ISO de ferramentas de torneamento para suportes e insertos (pastilhas) intercambiáveis O torneamento cônico consiste da operação de corte na qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória inclinada ao eixo principal de rotação da máquina.16f) ou interno (Fig. A partir do sangramento radial pode-se efetuar o corte da peça. 17. (e) sangramento axial. (b) cilíndrico. . (f) roscamento.17 – Torneamento interno: (a) faceamento e perfil. (c) perfil. (c) sangramento radial. (b) cilíndrico.16 – Torneamento externo: (a) faceamento. (d) sangramento radial e corte. 149 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 17. (a) (b) (c) (d) Figura 17. (d) roscamento. 150 . (b) forças após 30 segundos de usinagem do aço ABNT 1045 com ferramenta nova de metal-duro (r 75°. André João de Souza .1a (conforme a norma ABNT NBR 12545) pode ser representada através das componentes ortogonais da força de usinagem. considera-se a seguinte proporção média entre as componentes da força de usinagem: Ff : Fp : Fc 2 : 5 : 9. f = 0.1 – (a) componentes ortogonais da força de usinagem. a parcela radial “Fy” projetada perpendicularmente ao plano de trabalho é a força passiva ou de profundidade (Fp). No primeiro caso diz-se que se trata de uma medida estática.3 mm/volta. geralmente é suficiente a determinação dos valores médios das componentes ortogonais da força de usinagem. Os esforços encontram aplicação no cálculo da estrutura e dos mecanismos de acionamento das máquinas operatrizes. para o mecanismo da formação do cavaco. Introdução Tanto na prática como na pesquisa é de grande importância o conhecimento dos esforços de corte na usinagem. PROCESSO DE TORNEAMENTO: ESFORÇOS DE CORTE 18. é necessária a medida da variação da força. a parcela normal à direção de corte “Fx” projetada sobre a direção de avanço é a força de avanço (Ff). Para as aplicações acima. As medidas estáticas e dinâmicas da força podem ser obtidas através de sistemas de aquisição de dados associados a dinamômetros. para estudos da estabilidade dinâmica da máquina operatriz. 18.2 que a parcela “Fz” projetada sobre a direção de corte é a força de corte (Fc). A Figura 18.5 mm) No torneamento de aços em geral com ferramentas de metal-duro. 151 18. em geral. O gráfico corresponde respectivamente aos valores das forças Ff (verde) Fp (vermelho) e Fc (azul) Figura 18.1. transdutores piezelétricos. Porém.1 mostra as componentes ortogonais (Fx. estes permitem o cálculo da potência de usinagem e consequentemente a determinação do rendimento da máquina para diferentes cargas e velocidades de trabalho. vc = 350 m/min. Fy. Foi mencionado na Seção 12. Fz) no torneamento longitudinal externo.2. Força de Usinagem em Torneamento A força de usinagem “F” em torneamento ilustrada anteriormente pela Figura 12. ap = 1. Prof. enquanto no segundo tem-se a medida dinâmica da força. pois eles afetam: a potência necessária ao corte (utilizada para o dimensionamento do motor do torno). pode-se ver qualitativamente no gráfico Ff : Fp : Fc 5 : 6 : 14. 12) Fc k s A (12. F Ff2 Fp2 Fc2 (18. AWF – Ausschuss für Wirtschaftliche Fertigung.2. abordagem empírica. Aqui se dará ênfase à segunda abordagem. A intensidade da força de usinagem pode ser determinada pela Equação 18.1 citada anteriormente: (vide Cap. Através de testes práticos.2) onde Ks1 e z são constantes do material.152 Já pela Fig. e o desgaste da ferramenta.1. Existem duas abordagens no estudo dos esforços de corte: abordagem teórica. obteve-se a representação gráfica da pressão específica de corte ks para um determinado par peça-ferramenta. a capacidade de obtenção de tolerâncias apertadas. em que os esforços são equacionados usando coeficientes extraídos de resultados experimentais.1. k s Ks1 h z [N/mm2 ] (18. (b) representação log log Equações mais completas também foram apresentadas por diversos pesquisadores (TAYLOR.2 – Variação da pressão específica de corte com a espessura de corte: (a) representação aritmética. como o ângulo de posição (r) e o grau de . como mostra a Figura 18.2 que correlaciona ks com a espessura de corte (h). KIENZLE apresentou a Equação 18.1) O conhecimento do comportamento e da ordem de grandeza dos esforços de corte nos processos de usinagem é de fundamental importância. buscando uma formulação simples e precisa.1) onde ks é a pressão específica de corte e A é a área da seção transversal de corte (A bh apf). Em 1951. HUCKS e KRONENBERG) levando em conta ouras variáveis. Determinação empírica da força de corte A força de corte pode ser expressa pela Equação 12. a temperatura de corte. Figura 18. ASME – American Society of Mechanical Engineers.2.1. baseando-se na fenomenologia de formação do cavaco (computa os diversos esforços que ocorrem em torno do plano de cisalhamento do cavaco e da superfície de saída da ferramenta no corte ortogonal). 18. 18. Ferramenta afiada17.79 2240 4140 730 0.1 e. r = 90°. Tabela 18.87 750 o o F F GG 26 HB 200 0. caem à medida que a velocidade de corte aumenta.70 2260 6150 600 0. tem-se a equação empírica da força de corte Fc [N] segundo KIENZLE. 6° (aço) ou 2° (ferro fundido).74 1160 16 Em velocidades maiores. como já citado.73 1270 52100 640 0.74 2500 4320 630 0.1 a 1. Como a equação de KIENZLE para a força de corte é a que melhor equilibra complexidade e exatidão dos resultados.1 apresenta os valores de 1z e Ks1 dos materiais ensaiados por KIENZLE.70 2260 1060 770 0. Ângulos da ferramenta: = 5º. Material t [N/mm2] 1z Ks1 Aço ABNT 1020 500 0.86 2220 1050 720 0. 17 Para ferramentas desgastadas. considerar um incremento de 7 a 12% em K s1 para cada 0.83 1800 1030/1035 520 0.82 2130 4137 600 0. 153 recalque (Rc). r = 81°. Fc Ks1 b h1z (18. Valores dos parâmetros 1z e Ks1 para diferentes materiais.83 2110 1045 670 0. e a complexidade dos cálculos considerável. é a que mais tem sido adotada. Espessura de corte: h = 0. Profundidade de corte: ap = 1 mm.71 1600 Material t [N/mm2] 1z Ks1 Ferro Fundido HRc 46 0.79 950 o o F F GGL 18 124 0.74 1990 1040 620 0. os valores de ks tendem a ser menores que aqueles obtidos usando os dados da Tab. 18.1 mm de VB (largura da marca de desgaste de flanco). = 4°. .1.3) A Tabela 18.74 2220 8620 770 0. Substituindo a Equação 18.2 na Equação 12.1.74 2100 9260 960 0.81 2060 o o F F GGL 14 124 0. As condições de ensaio foram as seguintes: Velocidade de corte16: vc = 90 a 120 m/min.4 mm. porém a exatidão conseguida é ainda relativa. Ferramenta de metal-duro sem lubrirrefrigerante. 29 0. O mesmo vale para o ângulo de inclinação (): para cada grau de diminuição (aumento) em relação ao valor usado por KIENZLE ( = 4°).84 2000 15 Cr Mo 5 590 0. bronze. Ks0. A empresa SANDVIK COROMANT.29 para todos os materiais.83 2290 18 Cr Ni 6 630 0. c/ 1% Pb 90 700 . Tabela 18.5% para cada grau de variação do ângulo em relação aos valores de Ks1 tabelados. No caso de raios de ponta (r).84 2320 50 Cr V 4 600 0.1.4 para diferentes materiais (SANDVIK COROMANT) Material Condição Dureza [HB] Ks0. os valores de ks são dados por: 0. Valores do parâmetro Ks0. fabricante de ferramentas de corte. não há necessidade de correção. Outra fonte para o cálculo da pressão específica de corte (ks) refere-se à espessura de corte h = 0.4 para o torneamento de alguns dos principais materiais metálicos segundo SANDVIK COROMANT.4 Aço sem liga C = 0. Caso contrário.71 2000 Sabendo-se que uma diminuição (aumento) no ângulo de saída () propicia um aumento (diminuição) da força de corte.4 [N/mm 2 ] (18.70 2260 34 Cr Mo 4 800 0.5%. faz-se uma correção de 1. deve-se aumentar (diminuir) Ks1 em 1. Continuação Material t [N/mm2] 1z Ks1 Aço DIN 16 Mn Cr 5 532 0.55% 150 2100 Aço baixa liga Endurecido e Temperado 275 2550 Aço alta liga Aços ferramenta endurecidos 325 3900 GCI Alta resistência à tensão 220 1150 NCI Perlítico 250 1750 Aço inoxidável austenítico Não endurecido 180 2300 Aço inoxidável duplex Soldável 260 3050 HRSA À base de níquel (recozido) 250 3300 Liga de Ti + (recozido) (45 HRC) 1700 Aço de alta dureza Temperado (60 HRC) 5550 Liga de Al Fundida não envelhecida 130 750 Liga de Al-Si Fundida (13 – 22% Si) 130 950 Liga de Cu Latão. 4 k s K s0. prefere fornecer o valor da pressão específica de corte para este valor para h e adota o expoente z = 0. ensaios devem ser realizados.4) h A Tabela 18.25 – 0.154 Tabela 18.74 2220 105 W Cr 6 744 0. Desta forma. portanto.79 2240 42 Cr Mo 4 1070 0.2 apresenta os valores da força específica de corte K s0.4. para os casos em que ap > 2r.4 mm e são.2. devem ser empregados suportes esbeltos (barras) de ferramentas. Neste caso.5 fixação com contraponto. Vibração A vibração da força de usinagem em altas frequências é proveniente do próprio mecanismo de formação do cavaco.3. Para evitar vibrações (forçadas) no torneamento cilíndrico externo (Fig.5 fixação em balanço. As oscilações da força de corte também produzem vibrações. fazendo a máquina vibrar com frequência próxima de uma de suas frequências naturais. como este sistema em geral apresenta baixo amortecimento. o sinal de vibração apresenta alterações de frequência e intensidade. defeitos de engrenagens. O próprio fenômeno de corte. cujos diâmetros naturalmente devem ser menores que o diâmetro do furo (Fig.17b) apresenta grande tendência a vibrações por causa do comprimento da barra da ferramenta. pode provocar vibrações autoexcitadas.3a). correias etc. 18. Além da dificuldade de refrigeração na região de corte e da dificuldade na expulsão/saída de cavacos. Nestas operações.). enquanto que a variação da força em baixas frequências é devida aos diferentes processos de corte (corte interrompido na operação de fresamento. de tal forma que a elasticidade e a deformação na usinagem passam a ser definidas primordialmente pelo suporte da ferramenta. gera deslocamentos chamados Ondas de Rayleigh. Neste caso deve ser considerado o fenômeno da ressonância entre uma das fontes perturbadoras com um dos modos naturais de vibração da máquina. 155 18.3b). a vibração indica um fenômeno que varia com o tempo. L/D 1. brochamento etc. em determinadas condições. tem-se na prática um trabalho especialmente crítico.3 – (a) relação comprimento (L) versus diâmetro (D) no torneamento cilíndrico externo. Estas condições geométricas acarretam em pequena rigidez para o sistema. (b) ação da ferramenta na peça no torneamento cilíndrico interno. Durante a usinagem. Assim. o torneamento cilíndrico interno (vide Fig. em casos que as peças apresentam uma relação profundidade/diâmetro elevada (L/D grande). Além disso. Ademais. a resposta vibratória pode assumir valores elevados em caso de instabilidade. 18. .) e às irregularidades do sistema de acionamento (peças rotativas desbalanceadas. a ferramenta de corte e a peça produzem vibrações. quando a ondulação alcança a superfície do material. (a) (b) Figura 18. Com o decorrer do tempo e com o consequente desgaste da ferramenta. a deformação plástica e o atrito entre o cavaco. 17. recomenda-se: L/D 1. Em máquinas convencionais. Potência de Usinagem A potência de usinagem resulta da soma das potências necessárias para cada componente da força de usinagem. que possuem engrenagens ou correias para transmissão do movimento: 65% 85%. Assim: Pc Pm (18. bem como do produto da velocidade pela força e pelo cosseno do ângulo entre ambas. . 17. Ff Fp Fc Como supramencionado. a relação entre as potências de corte e de avanço fica: Pc 1000 Fc vc Fc d d 14 Pf Ff vf Ff f f Considerando uma situação hipotética extrema em que d 10 mm e f 1 mm/volta (d é muito pequeno e f é muito grande). onde o motor tem variação contínua de rotação e a transmissão é realizada sem elementos de transmissão (motor acoplado): 85% 95%.7) onde é o rendimento da máquina operatriz. Fc 4. Deste modo. a potência de avanço (Pf) é no mínimo 140 vezes menor que a potência requerida ao corte (Pc) para uma operação de usinagem.4. Em máquinas com comando numérico. geralmente .156 18.1) e vf é a velocidade de avanço (vide Eq.6) 60 106 onde vc é a velocidade de corte (vide Eq. de modo a tornar a relação Pc/Pf a menor possível. 17. podem-se estabelecer relações para as potências de corte e de avanço: Fc vc Potência de Corte [kW]: Pc (18. Assim. 2 5 9 Portanto. Os motores de acionamento geram potências a um torno para girar seu eixo-árvore a uma dada velocidade de rotação (n) e deslocar a ferramenta a uma dada velocidade de avanço (vf) e assim executar os movimentos de corte e avanço da máquina-ferramenta.2).5) 60 103 Ff vf Potência de Avanço [kW]: Pf (18. somente os componentes de corte e avanço contribuem para a potência de usinagem. Isto permite desprezar Pf no cálculo da potência do motor (Pm).5 Ff. tem-se: Pc 140 Pf Ou seja. Assim. 2 mm para uma qualidade IT7 e VB 0. A prática utilizada é trabalhar com a ferramenta até que as peças produzidas saiam das especificações de tolerância dimensional e acabamento superficial ditadas pelo projeto.3 mm para uma qualidade IT8. Em outras palavras. Contudo. Em condições térmicas inadequadas e para alguns tipos de materiais da peça pode resultar em fraturas na ferramenta devido à fragilidade da aresta cortante. mas sim na alteração do ângulo de saída () e no comprimento de contato cavaco/ferramenta. FERRARESI sugere o controle através: do tempo de corte.1 mm é geralmente usada Prof. este não influencia na rugosidade ou na tolerância. André João de Souza . Introdução A vida de uma ferramenta pode ser definida como sendo o tempo em que a mesma trabalha efetivamente.3 mm e/ou VBmáx = 0. a ferramenta deve ser substituída quando se observar: Valores elevados de desgastes podendo levar à quebra da ferramenta.6 mm respectivamente (valores indicados pela norma ISO 3685) é um padrão usual de fim de vida.1. Ao contrário do desgaste no flanco. PROCESSO DE TORNEAMENTO: VIDA DA FERRAMENTA DE CORTE 19. As tolerâncias dimensionais fogem do controle. quando lascamentos gerados por adesão ou sobresolicitações mecânicas e/ou térmicas são a causa do desgaste de flanco. Neste caso. a ferramenta trabalhando em condições normais de corte é usada até que o seu desgaste. Recomenda-se que seja considerada a largura máxima da marca de desgaste de flanco (VBmáx). previamente fixado. Por exemplo. os padrões de desgaste são relativamente uniformes e fáceis de mensurar. mostram que em torneamento de acabamento. seja tal que exija a sua substituição. para caracterizar fim de vida.05 e 0. pois valores excessivos de desgastes causam aumento da força de usinagem e geração de calor. Assim. do volume de material removido ou o número de peças usinadas. Em geral. VB 0. tais parâmetros podem assumir valores diferentes. A profundidade de cratera (KT) entre 0. Acabamento superficial deixa de ser satisfatório. A zona onde VBmáx ocorre pode fornecer informações úteis sobre o mecanismo de desgaste e como ele pode ser reduzido. O desgaste de cratera se manifesta sob a forma de cavidade na face da ferramenta. VBB não mais determina a vida. sem perder a capacidade de corte. Temperaturas excessivas atingidas pela ferramenta. Entretanto. dentro de um critério previamente estabelecido. As componentes da força de usinagem aumentam excessivamente. embora esta abordagem esteja mais ligada às falhas na ferramenta que propriamente aos problemas de acabamento e/ou tolerância da peça. a continuação do uso da aresta de corte depois de superados os critérios preestabelecidos traz sérios riscos. Quando a abrasão é a principal causa do desgaste de flanco. Industrialmente.6 mm. podendo provocar fratura na ferramenta e danos irreversíveis à peça. 157 19. DINIZ et al. O desenvolvimento deste tipo de desgaste está diretamente ligado à temperatura e à pressão de corte. resultante principalmente da usinagem de materiais de difícil corte. pois dependem das condições de trabalho de cada empresa. o tempo necessário para que o valor médio e/ou máximo da marca de desgaste de flanco atinja VBB = 0. VBmáx 0. o padrão é geralmente irregular. propriedades químicas. forma de aplicação etc. No caso da profundidade de corte.). respectivamente. meio lubrirrefrigerante (tipo. . propriedades físicas. microestrutura. vale salientar que diferentes variáveis influenciam direta ou indiretamente no tempo de vida de uma ferramenta: Peça: natureza do material. pois ainda é possível corrigir a posição da ferramenta e continuar a usinagem com a mesma aresta de corte (compensação de desgastes em máquinas- ferramentas com comando numérico). processo de fabricação.5 mm causou uma redução em T de 20 para 17 min (15%).375 mm/volta causou uma redução em T de 60 para 24 min (60%). Da mesma forma que diversos fatores influenciam os mecanismos de desgaste. Talvez o principal inconveniente de K T esteja na dificuldade de sua quantificação. químicas. dimensões e forma. Em operações de acabamento é relativamente simples detectar quando as dimensões da peça saem das faixas de tolerâncias projetadas (desgastes na ferramenta). propriedades lubrificantes.1 ilustra a influência do aumento de 50% nos valores dos parâmetros de corte sobre a diminuição do tempo de vida T da ferramenta de corte. A velocidade de corte é o parâmetro que mais influencia: um aumento de vc de 130 para 195 m/min causou uma redução em T de 60 para 6 min (90%). Relação da vida da ferramenta com as variáveis dependentes do processo A Figura 19. geometria. utiliza-se um calibrador passa/ não-passa ou algum outro instrumento e procede-se a medição por amostragem. físicas e mecânicas. composição química. Ferramenta: tipo de material. rigidez. avanço e profundidade de corte. com valores de desgaste bastante inferiores àqueles que poderiam provocar tal avaria. Figura 19. respectivamente. por temer que a ferramenta quebre. o percentual de diminuição foi menor: um aumento de a p de 5. Neste caso.0 para 7. costuma-se trocar a ferramenta bem antes.158 como critério de fim de vida. largura da marca de desgaste de flanco (critério de fim de vida). respectivamente. composição.1 – Influência dos parâmetros de corte no tempo de vida da ferramenta. velocidade de corte (parâmetro mais significativo). O segundo parâmetro de maior influência é o avanço: um aumento de f de 0. forma da seção de corte. não é necessário trocar a ferramenta imediatamente. Em geral.2. área de seção de corte. tratamento térmico.25 para 0. Máquina: tipo de máquina. 19. Os principais problemas relacionados à fixação de um determinado valor-limite de desgaste para o fim de vida da ferramenta estão associados com o tipo de operação: Em operações de desbaste (onde se toleram altos valores de desgaste). mecânicas. Seu valor é numericamente igual à velocidade de corte que dá à ferramenta de corte a vida de 1 minuto. Considerado o mais eficiente dos ensaios de usinabilidade. cujo resultado permite a determinação da vida da ferramenta para uma determinada faixa de velocidades de corte.2): x C K T t x K Cxt (19.143 a 0.1) pode ser reescrita sob a forma da Equação (19. y expoente cujo valor depende até certo ponto das outras variáveis – máquina. A Equação (19.5 Os valores de K e x da Equação (19.1) Em que: vc velocidade de corte [m/min] T tempo de vida da ferramenta [min] Ct constante cujo valor depende principalmente do material da peça.44 0. O valor do mesmo mostra quão sensível é a ferramenta à mudança de vc.25 (MD) Alumínio 2.25 Aço-rápido Latão 4 0.1.2) podem ser obtidos através de ensaios de vida da ferramenta. Ferramenta Peça x y = 1/x Aço 6a8 0. com parada da operação e verificação do desgaste da ferramenta a intervalos regulares.2 Metal-duro F°f° 4 0.44 0. a vida varia inversamente com a potência “x” da velocidade. do material da ferramenta. este ensaio consiste no torneamento de corpos de prova. das dimensões do corte e do meio lubrirrefrigerante.41 Aço 5 0.167 F°f° 4a7 0. regulamentado pela norma ISO 3865/1993.1 – Valores dos expoentes x e y. ferramenta e peça.25 (AR) Cobre 7.125 a 0. O procedimento é repetido continuamente até que o desgaste da ferramenta chegue as um limite . Um dos ensaios mais usados na indústria é o teste da taxa de desgaste. podendo tomar como valores médios os indicados na Tabela 19.1) empírica: vc T y C t (19. para determinadas condições de usinagem.13 Alumínio 2. O expoente y varia usualmente entre 1/3 e 1/10.2) vc vc isto é. Este tipo de ensaio busca uma estimativa da usinabilidade do material usinado estabelecendo. Tabela 19. a vida útil da ferramenta. 159 F.41 Cerâmica Aço 2 0. TAYLOR demonstrou em 1907 que a relação entre a vida da ferramenta e a velocidade de corte (parâmetro de maior influência) pode ser expressa aproximadamente pela Equação (19. W.7 0. A seguir é plotada. . que possui a forma da Equação (19.3 mm e/ou VBmáx = 0.3 – Curva de vida da ferramenta na usinagem do aço 1045.2).2 – Curva VB x tc (ISO 3685. a partir dos dados obtidos na curva VB x tc.3) Figura 19. em escala bi-logarítmica (Fig. 19. 1993). necessárias para a determinação da Equação (19.3). (19. na qual se pode observar uma clara tendência dos resultados (caso o experimento tenha sido realizado para diferentes velocidades de corte) em agrupar-se em torno de uma reta. a curva de vida de ferramenta T x vc. Figura 19.3): log T log K xlog vc.160 preestabelecido como o fim de vida da ferramenta.6 mm. 19. De posse dos dados relativos ao tempo de corte e desgaste de ferramenta. Conforme supracitado considera-se o tempo de vida o tempo necessário para que VBB = 0. plota-se a curva de desgaste VB da ferramenta em função do tempo de corte tc (Fig. repetindo-se o experimento para no mínimo mais duas velocidades de corte diferentes.2). Ai 0. OBSERVAÇÃO: A área A da seção transversal de corte tem um efeito superior que a forma da seção transversal (caracterizada pelo índice G). Em 1954. a forma da equação de Taylor (Eq.14 Ct 610 m/min (vida T = 1 min). i expoente da área de seção de corte. com ferramenta de metal-duro (x 5).8%).450.2.2. 19. Tabela 19. . f Portanto. dependentes do par ferramenta-peça.3. para uma dada velocidade de corte. a equação de Taylor pode ser novamente reescrita (Eq. ao se dobrar vc. é evidentemente influenciada pelas dimensões do corte.4): x x Ct 60 y Cv 0.2) relaciona a vida da ferramenta de corte (T) com a velocidade de corte (vc). Desta maneira. vc 350 Dica: Encontra-se o valor de Cv = 215 m/min pela interpolação linear da Tab.1.2 215 0. o tempo T é reduzido para cerca de 3%. pois i g. f = 0. 19. M. 19. O aço-rápido (x 7) é ainda mais sensível à mudança da velocidade de corte (T é reduzido para cerca de 0.3 mm/volta e ap = 1. Na usinagem de aço.4) vc vc Ai em que: Cv velocidade de corte obtida experimentalmente que dá à ferramenta uma vida padrão de 60 min na usinagem de uma seção A 1 mm2.1 min.3.2 5 g 0. A vida da ferramenta. com G 5. 161 Por fim. 60y Cv 0.5 mm. g expoente do índice de esbeltez do cavaco. por exemplo.2 G 600. Exemplo Estime o tempo de vida para a aresta de corte de um inserto de metal-duro revestido em um ensaio de torneamento do aço ABNT 1040 (dureza 156 HB) com vc = 350 m/min.28 x 5 C 610 T t T 16. podem ser introduzidas duas relações: área da seção transversal de corte A a p f e ap índice de esbeltez do cavaco G . KRONENBERG procurou agrupar as equações das velocidades de corte de diferentes pesquisadores que levavam em consideração a forma e a seção de corte. Tabela 19. 19. 2 G g T (19. Valores típicos de Cv na Tabela 19.2 (aço com dureza de 156 HB na usinagem com ferramenta de aço-rápido). considerando as propriedades do material através das constantes K e x. 29 0 0.143 a 0.10 0.2 – Valores típicos de Cv para as ferramentas de aço-rápido (AR) e metal-duro (MD). 84 --.14 0. --- Tabela 19.25 (AR) Cobre 45 0.13 Alumínio 77 0.125 a 0.14 0.10 0 --- (MD) Cobre 850 0. 45 325 1170 --.31 0 0. Cv Ferramenta Material i g y 1/x [m/min] Aço Tabela 0.10 0 --- Alumínio 1650 0. 63 --.25 Aço-rápido Latão 100 0. --- 400 1400 --.23 0 0. g e y para as ferramentas de aço-rápido (AR) e metal-duro (MD).2 0.41 Aço Tabela 0. 76 --. --- 375 1230 --.20 F°f° 19.28 0. Dureza Tensão de Cv na usinagem de aço Cv na usinagem de f°f° Brinell Ruptura com ferramenta de: com ferramenta de: HB r [N/mm2] AR MD AR MD 100 350 85 361 50 240 125 440 64 283 40 200 150 530 51 224 35 160 175 610 42 183 30 130 200 700 34 150 25 100 225 790 30 133 20 80 250 870 26 113 --.28 0.167 F°f° 19. 45 300 1050 20 89 --.3 – Valores dos expoentes i.25 Metal-duro Latão 1000 0.20 0.162 Tabela 19. --- 350 1220 --.10 0 0.10 0. 60 275 960 23 101 --.20 0.2 0. 68 --.41 . 5. se a velocidade de corte utilizada for muito superior à vcr. neste caso. existe também um valor intermediário de velocidade. acarretando menor utilização da máquina e do operador. a velocidade de corte é chamada de velocidade de máxima produção (vcmxp). acarretando baixa produção horária e aumento de custos com utilização de máquina e operador.1. PROCESSO DE TORNEAMENTO: CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE USINAGEM 20. o tempo de corte por peça vai ser baixo. a velocidade de corte é chamada de velocidade de mínimo custo (vco). como qualidade da peça. Afastamento da ferramenta. 2. Prof. com consequente curto tempo de vida e altos custos com ferramentas. todos os tempos passivos) seja alto. depois de escolhidos o avanço e a profundidade de corte. Aproximação e posicionamento da ferramenta. Colocação e fixação da peça. aos tempos de corte. b) Remoção da ferramenta para sua substituição. Inspeção (se necessária) e retirada da peça. condições do sistema máquina/ferramenta/peça etc. Por outro lado. 3. Nesse caso pode acontecer também de a vida ser tão baixa e o número de vezes que se tem de parar a máquina para substituir a ferramenta ser tão alto que também o tempo total de produção de uma peça (que soma. 163 20. o que diminui os tempos passivos devido à troca da ferramenta. Ciclos e Tempos de Usinagem O ciclo de usinagem de usinagem de uma peça. 20.2. com custos menores. os desgastes serão grandes. a ferramenta será substituída poucas vezes. Porém. Toda essa análise não leva em consideração as condições de contorno do processo. c) Recolocação e ajustagem da nova ferramenta. onde se tem os menores custos de produção. Se a velocidade de corte utilizada for imediatamente superior à velocidade crítica “vcr” (velocidade abaixo da qual se tem a formação da aresta postiça de corte). André João de Souza . Introdução Na Seção 9. Além dessas fases.2 foi falado sobre os Parâmetros de Corte e afirmou-se que quão pequena (operações de desbaste) ou quão grande (em operações de acabamento) deve ser a velocidade de corte. onde se tem o menor tempo total de fabricação de uma peça. Há que se considerar aqui que. Porém. com consequente longo tempo de vida e pequenos custos com ferramentas de corte. apesar do pequeno tempo de corte. os desgastes serão pequenos. depende das Considerações Econômicas do Processo de Usinagem. Existe então um valor intermediário de velocidade entre a velocidade crítica e uma velocidade muito superior a ela. Corte 4. Por outro lado. Nesse ponto. pertencente a um lote de Z peças. tomam parte indiretamente no ciclo de usinagem (para um lote de Z peças): a) Preparo da máquina. o tempo de corte por peça será alto (devido à baixa velocidade). é constituído diretamente pelas seguintes fases: 1. Nesse ponto. 2) e (20. Figura 20. Quanto maior vc. tem-se: .4): Lf L d Lf Vide Cap.2) Z Em que: ts tempo secundário (fases 1 e 5) ta tempo de posicionamento (fases 2 e 4) tp tempo de preparação ou setup (fase a) tft tempo de ajuste da ferramenta (fases b e c) t2 tempo relacionado com a troca da ferramenta. referente à colocação. substituição da ferramenta e preparo da máquina para a usinagem de um lote.4) e maior o número de paradas da máquina para a substituição da mesma. 19. inspeção e retirada da peça. aproximação e afastamento da ferramenta.4) vf f n 1000 f v c t1 tempo improdutivo. 20. que diminui com o aumento da velocidade de corte (vc).1).4).1). Equação (5. dentro de um lote de Z peças. menor o tempo de vida da ferramenta (T) (vide Eq.22): t p t ft t1 t s t a (20. 17: tc f (17.3). Equação (20.1 – Esquema de uma operação de torneamento cilíndrico externo.1) Considera-se o torneamento cilíndrico (longitudinal) externo (Fig. tem-se o seguinte equacionamento: tc tempo de corte (fase 3). Para esse caso. será: t t t c t1 t 2 (20.3) na Equação (20.164 O tempo total de usinagem de uma peça (tt).3) T 1000 f vc K vc 1000 f K Substituindo as Equações (17. Equação (5. t ft d Lf t d Lf vcx 1 t2 tc ft x (20. (20. que é independente de vc. o tempo t1 é independente da velocidade de corte e o tempo t2. O valor da velocidade de máxima produção (mínimo tempo de produção) é o ponto de mínimo da função expressa na Equação (20. 165 d Lf 1 d Lf t ft x 1 tt v c t1 vc (20.5) x 1 t ft 20. Assim. relativo à troca da ferramenta.4).3. Figura 20.4) 1000 f 1000 f K A Figura 20. Custos de Produção Para a determinação da velocidade econômica de corte (velocidade de mínimo custo de produção de uma peça).1) em função da velocidade de corte. Vê-se na figura que o tempo de corte (tc) diminui com o crescimento da velocidade de corte.2 – Tempo de produção por peça em função da velocidade de corte. estes custos são dados por: K p C1 K p1 K p2 (20.7): . Admitindo-se o avanço (f) e a profundidade de corte (ap) constantes. a velocidade de corte de máxima produção (vcmxp) é dada por: dt t d Lf 2 d Lf t ft x 2 x 1 t ft x 0 vc x 1 vc 0 1 vc dvc 1000 f 1000 f K K K vcmxp x (20. aumenta com a velocidade de corte.6) onde: C1 constante independente da velocidade de corte [R$/peça]. devem-se considerar apenas os custos referentes ao processo propriamente dito (despesas com ferramentas e com a ocupação de máquinas e operadores). Equação (20.2 representa a variação das três parcelas da Equação (20. 166 t 1 C1 1 C2 (20.7) 60 Z em que: C2 soma das despesas com mão-de-obra (Sh) e com máquina (Sm) [R$/peça]: C2 Sh Sm Kp1 custo relativo ao processo de usinagem, Equação (20.8): tc d Lf K p1 C2 C2 (20.8) 60 60 1000 f vc Kp2 custo relacionado com a troca da ferramenta, Equação (20.9): tc d Lf vcx 1 K p2 C3 C3 (20.9) T 1000 f K em que: t ft C3 constante de custo relativo à ferramenta [R$/peça]: C3 K ft C2 60 Kft custo da ferramenta (ou aresta de corte de pastilha intercambiável) por vida. Substituindo as Equações (20.7), (20.8) e (20.9) na Equação (20.6), tem-se: d Lf C2 1 d Lf C3 x 1 K p C1 vc vc (20.10) 60000 f 1000 f K O custo de usinagem de uma peça (Kp) se compõe de 3 parcelas, mostradas na Figura 20.3. A primeira C1 independe da velocidade de corte (vc). A segunda (Kp1) diminui à medida que vc cresce. A terceira (Kp2) aumenta com o crescimento de vc, já que o expoente (x1) é sempre positivo. Figura 20.3 – Custo de produção por peça em função da velocidade de corte. 167 O valor mínimo de Kp (admitindo-se f e ap constantes) é obtido quando a derivada da Equação (20.11) em função da velocidade de corte for nula. Assim: dK p d Lf C2 2 d Lf C3 x 2 C2 x 1 C3 x 0 vc x 1 vc 0 vc dvc 1000 f 60 1000 f K 60 K C2 K vco x (20.11) 60 x 1 C3 20.4. Intervalo de Máxima Eficiência A Figura 20.4 mostra o gráfico das curvas de custo total de usinagem por peça (K p) e de tempo total de confecção (tt) de uma peça em função da velocidade de corte (vc). Define-se Intervalo de Máxima Eficiência (IME) o intervalo de valores de velocidade de corte compreendido entre vco e vcmxp. Figura 20.4 – Intervalo de máxima eficiência (IME) É muito importante que os valores de vc a serem utilizados realmente estejam neste intervalo. Por exemplo, se a vc utilizada estiver logo abaixo de vco (portanto, fora do IME), o custo da peça usinada vai ser bem próximo do mínimo, mas o tempo para fabricá-la vai ser bem alto. Como pode ser visto na Figura 20.4, existe outro valor de vc, dentro do IME, onde o custo da peça é idêntico, mas o seu tempo de fabricação é bem menor. O mesmo se pode falar do outro extremo do IME. Se o valor de vc for logo acima do valor de vcmxp (e assim, fora do IME), o tempo de confecção de uma peça é bem próximo do mínimo, mas o seu custo de fabricação é alto. Analogamente, pode-se ver que há outro valor de vc dentro do IME para o qual o tempo de fabricação é idêntico, mas o seu custo é bem menor. Vale ressaltar que toda a análise feita foi baseada na escolha prévia de f, de ap e da ferramenta. Essas escolhas devem ser feitas baseados nas condições de contorno do processo, tais como: tipo da operação (desbaste ou acabamento), potência da máquina, rigidez do sistema máquina/ferramenta/peça etc., conforme já foi discutido na Parte 1 da disciplina. Para concluir, deve-se afirmar um princípio que nem sempre é bem entendido no meio produtivo, que resulta da análise feita acima: 168 “Nem sempre aumentar a velocidade de corte significa aumentar a produção horária de peças, e nem sempre diminuir a velocidade de corte significa diminuir os custos de produção”. 20.4.1. Considerações sobre a escolha da velocidade de corte dentro do IME Sabe-se que a velocidade de corte a ser escolhida deve estar dentro do IME. Porém, devem-se analisar quais são as circunstâncias em que a velocidade deve se aproximar da vcmxp ou da vco. Em um período de alta produção, em que o prazo de entrega do produto é crítico, a velocidade deve se aproximar da vcmxp (nunca ser maior que ela), enquanto que em um período de baixa produção, a velocidade deve ser aproximar da vco (nunca ser menor que ela). Entretanto, essa mudança baseada na situação produtiva raramente acontece na prática. Em uma célula ou linha de produção, a máquina gargalo (aquela que tem o maior tempo padrão) deve trabalhar com velocidade próxima à vcmxp, enquanto que as demais máquinas devem trabalhar com velocidade próxima à vco. O fato de usar a condição de máxima produção em uma máquina gargalo de uma célula aumenta o consumo de ferramentas naquela máquina. Mas, ao propiciar a diminuição do tempo de produção de uma peça nesta máquina, pode-se dispensar a necessidade de adquirir uma máquina idêntica para se balancear a célula. Na maior parte dos sistemas produtivos, é fácil se estimar o valor da vcmxp, já que esta só depende das constantes K e x de Taylor e do tempo de troca da ferramenta (tft); porém, não é tão fácil saber o valor de vco, pois esta depende de fatores que estão continuamente variando e, além disso, são de determinação pouco precisa. Nesses sistemas, o que normalmente se faz é determinar vcmxp e trabalhar sempre em velocidades de corte um pouco abaixo dela. Assim, fica garantido que tal velocidade pertence ao IME, pois vcmxp é sempre maior que vco. 20.4.2. Utilização do IME dentro dos modernos sistemas de fabricação O equacionamento apresentado no Capítulo 20 foi desenvolvido na época em que a produção de bens normalmente era realizada em lotes bastante grandes, com máquinas mecanicamente automatizadas e com tempos de preparação bastante grandes. Hoje os paradigmas se alteram significativamente. Duas condições servem de exemplo: as máquinas modernas possibilitam um tempo de troca de ferramenta (t ft) bastante baixo ou mesmo zero (em centros de usinagem, a substituição de uma ferramenta é feita quando outra ferramenta ainda está usinando a peça) e os lotes são cada vez menores (usina-se todo o lote sem que a ferramenta seja trocada). Segue a análise de ambos. a) tft 0. De acordo com a Equação (20.5), vcmxp . A condição real de máxima produção deverá então levar em conta a potência e a rotação do eixo-árvore da máquina-ferramenta, a rigidez do sistema máquina/ferramenta/peça e a qualidade exigida na peça. Pode ocorrer nesses casos de a vcmxp se distanciar bastante da vco, tornando o custo de se trabalhar no tempo mínimo de produção muito alto. Isso acontece principalmente quando a ferramenta tem um custo elevado. b) Z 0 e/ou T . Neste caso, a utilização da equação de Taylor (Eq. 19.4) fica prejudicada e toda a modelagem feita neste Cap. carece de abordagem especial. Um recurso para situações em que se tem pequenos lotes de peças é agrupar as peças que possuem o mesmo material, formas e dimensões bastante semelhantes em “famílias” usando Tecnologia de Grupo (vide Seção 5.2.4), e considerar as famílias como se fossem um único lote, com um número de peças suficientemente grande para a aplicação do exposto no presente capítulo. 169 21. PROCESSO DE FURAÇÃO: GENERALIDADES 21.1. Introdução Na indústria metal mecânica há diversas formas de se obter furos em peças. Podem-se destacar os seguintes meios: puncionamento, fundição, forjamento, serra-copo, eletroerosão, oxiacetileno e por meio de brocas. Alguns destes meios são apresentados na Figura 21.1. Será focada a atenção apenas na obtenção de furos através do uso de brocas, pois é o meio mais largamente utilizado na indústria, devido à sua versatilidade, baixo custo envolvido e também a simplicidade de operação. Punção Eletroerosão Feixe de energia Remoção química Broca helicoidal Figura 21.1 – Formas de obtenção de furos em peças. Furação é um processo de usinagem remoção de cavaco onde o movimento de corte é circular e o movimento de avanço é linear na direção do eixo de rotação da ferramenta de corte (broca). Este é um dos processos mais usados na indústria manufatureira, já que a grande maioria das peças de qualquer tipo de indústria tem pelo menos um furo, e somente uma parcela muito pequena destas peças já vem com furo pronto do processo de obtenção da peça bruta (fundição, forjamento etc.). Em geral, as peças têm de ser furadas em cheio ou terem seus furos aumentados através deste processo. As brocas utilizadas na furação podem ser de vários tipos: brocas de centro; brocas calçadas; brocas helicoidais; brocas canhão (para furos profundos) etc. A furação com brocas é uma operação de desbaste, havendo necessidade de outra operação para acabamento tal como retificação, mandrilamento, alargamento etc. Na furação devem ser observados os seguintes fatores: (a) diâmetro do furo; (b) profundidade do furo; (c) tolerâncias de forma e de medidas; (d) volume de produção. Apesar da sua importância, o processo de furação foi pouco modernizado até alguns anos atrás. As ferramentas de outros processos (p. ex.: torneamento, fresamento) progrediram rapidamente com a introdução de novos materiais para ferramentas (metal-duro, cerâmica, CBN, diamante). Por outro lado, na furação, a ferramenta mais usada é ainda a broca helicoidal de aço-rápido. A principal razão para tal atraso está no diâmetro do furo. Exemplificando, uma broca de 10 mm para ser aplicada com velocidades de corte (vc) compatíveis ao metal-duro ( 200 m/min) precisaria de uma rotação da ordem de 6400 rpm, bastante alta para furadeiras convencionais. Nos últimos anos tem crescido a utilização de centros de usinagem CNC, que propiciam rotações bem superiores aos 6400 rpm citados. As condições de operação em processos de furação são severas: Prof. André João de Souza 170 A velocidade de corte (vc) não é uniforme e varia desde zero no centro do furo até o máximo na periferia da broca. O meio lubrirrefrigerante, que deve atuar na lubrificação, na refrigeração, como também no transporte/retirada de cavacos do furo, chega com dificuldade às arestas de corte (gumes) da ferramenta, onde sua ação é mais necessária. 21.2. Movimentos e Grandezas Os movimentos envolvidos na operação de furação são movimentos relativos entre a peça e um ou mais gumes (arestas de corte) da ferramenta. Estes movimentos são referentes à peça considerando-a como parada. Durante o processo de furação têm-se os seguintes movimentos (Fig. 21.2): Figura 21.2 – Movimentos na furação com brocas helicoidais Movimento (principal) de corte: é o movimento entre a peça e a ferramenta em contato, o qual sem o movimento de avanço origina somente uma única remoção de cavaco durante uma volta. Movimento de avanço: é definido como sendo o movimento da ferramenta, segundo seu eixo de rotação, no sentido do avanço durante a usinagem. O movimento de avanço é especificado em unidades de comprimento por rotação ou por tempo. Movimento efetivo de corte: é o movimento resultante dos movimentos de corte e de avanço, realizados no mesmo tempo. A superfície gerada pela broca no fundo do furo é decorrente do avanço contínuo efetuado pelas duas arestas principais de corte, de forma que cada aresta executa metade do movimento de avanço. O movimento efetivo de corte faz com que o ângulo efetivo de folga (e) seja menor que o ângulo de folga (). Esse e deve ser o maior possível para evitar o esmagamento do material pelo flanco da broca. No entanto, quanto maior e, menor a resistência da cunha e maior a tendência a vibrações. Um grande ângulo de ponta () leva a desvios da broca que, por sua vez, aumentam o diâmetro sendo usinado (broca não guiada). Um ângulo () pequeno leva a uma boa centragem, mas aumenta a força passiva e, consequentemente, o atrito. f avanço da broca [mm/volta]. 2 4 No caso de brocas com pastilhas intercambiáveis.3b com pré-furo.1) . D Df Para uma broca helicoidal na furação em cheio: a p e A .3a mostra a seção A na furação com broca inteiriça em cheio e a Figura 21. tem-se fz f e: b = b i + be (21. A Figura 21.4). pois o avanço da broca é considerado totalmente (Fig. 2 4 Dd (D d) f Para uma broca helicoidal na furação com um pré-furo c/ diâmetro “d”: a p e A .2. 21.3 – Grandezas de corte para a furação Em ambos os casos. h espessura de corte [mm]. 171 21. r ângulo de posição da ferramenta. Assim. A h h fz fz r r A b b ap d ap D D (a) Furação em cheio (b) Furação com pré-furo Figura 21. é válida a relação: A a p fz b h em que: f ap fz r b h f z sen r 2 2 sen r onde: fz avanço da broca por aresta principal de corte [mm/volta]. o número de insertos influencia apenas na largura de corte (b). Área da seção transversal de corte A seção transversal de corte A [mm2] na furação é a área calculada de um cavaco a ser removido. medido perpendicularmente à direção de corte no plano de medida. da aresta principal de corte. b largura de corte [mm].1. ângulo de ponta [o] ap profundidade de corte [mm]. 2. é necessário que o ângulo lateral de folga (f) seja maior que o ângulo em qualquer diâmetro da broca. Isso deve ser conseguido através da afiação da broca. com isso. existe um limite para o crescimento do avanço: acima de um determinado valor. f precisa ser maior para compensar o crescimento de e.4 .2. aumente a deformação plástica do fundo do furo.3) Desta forma. consequentemente. é necessário que o ângulo lateral efetivo de folga (fe) seja positivo tanto quanto possível para qualquer diâmetro da broca. . Observa-se na Equação 21. o aumento do avanço (f) para facilitar a quebra do cavaco faz com que fe diminua e.2) D Assim. Avanço da ferramenta A aresta de corte (gume) move-se segundo uma espiral que se inclina com relação à direção de corte. tem-se pela Equação 21. para que o ângulo fe seja sempre positivo.3 que fe diminui com o aumento de .2: f tg (21. Esta inclinação é definida pelo ângulo de direção efetiva de corte (). Figura 21. Além disso. o avanço pode causar a quebra da broca ou a paralisação do avanço da máquina. na região mais central da broca.Distribuição do corte em brocas com pastilhas intercambiáveis. 24. principalmente próxima ao centro. Assim. o crescimento do avanço facilita a quebra do cavaco e. O ângulo cresce com o crescimento do avanço (f) e com a diminuição do diâmetro (D) da broca.3 que: fe = f (21. Com isso. com isso.172 onde: bi largura interna de corte das pastilhas intercambiáveis. influenciando assim a espessura de corte (h) resultante. como será visto no Cap. Para que o cavaco removido pela broca helicoidal não seja esmagado pela superfície principal de folga e o corte possa ocorrer. possibilitar a obtenção de um fe positivo. como mostra a Equação 21. onde este ângulo é menor ainda (causa encruamento em materiais dúcteis). Porém. 21. O ângulo de posição r em brocas com pastilhas intercambiáveis pode ser diferente para cada inserto. be largura externa de corte das pastilhas intercambiáveis. sua remoção de dentro do furo. 5 – Partes constituintes de uma furadeira de coluna: (1) base.2. a formação da aresta postiça de corte (APC) na vizinhança do centro da broca é inevitável. 21. o motor da furadeira aplica uma alta velocidade de rotação a uma ou mais brocas (ferramentas de corte) que serão responsáveis pela remoção de material. que gira com velocidades determinadas. quando materiais dúcteis são furados em cheio (sem pré-furo). Esta árvore pode deslizar na direção de sua linha de centro. Figura 21. foram criados diferentes modelos de furadeiras. Por outro lado. Há equipamentos que dispõem de inversão de rotação e avanço sincronizado. Também se pode ter uma mesa onde a peça é fixada e movimentada. dimensões da peça. ou simplesmente furadeiras. que antes já não o formava. (8) broca A variedade de detalhes em furadeiras é bastante grande. em cuja aplicação os seguintes aspectos devem ser avaliados: forma da peça. As furadeiras consistem basicamente de um eixo-árvore. que permitem execução de roscas com machos.3. (2) coluna. Para diferentes condições de material requeridas. Máquinas Ferramentas (Furadeiras) As máquinas-ferramenta de furar.3. Outras possuem mesa giratória. . o aumento da velocidade para minimizar a sua formação gera maiores desgastes na ferramenta (a vizinhança da periferia da broca. já que a formação desta se dá em baixas temperaturas de corte. (4) sistema motriz. Para tanto. diversidade no diâmetro dos furos de uma mesma peça. quantidade de peças a serem produzidas. já que ela depende do diâmetro (D) [mm] da broca e da rotação n [rpm] da broca: Dn vc 1000 Deste modo. Velocidade de corte A velocidade de corte (vc) [m/min] diminui à medida que se caminha da periferia para o centro da broca. (3) mesa. ou seja. são máquinas operatrizes que têm por função principal executar furos nos mais diversos tipos de materiais. e grau de precisão requerido. agora passa a se desgastar mais rapidamente). (6) árvore de trabalho. A utilização de baixa velocidade de corte pode gerar APC numa porção maior do diâmetro da broca. 173 21. (7) mandril. baixas velocidades de corte. A Figura 21. onde se fixa a broca. As partes principais de uma furadeira variam de acordo com a sua estrutura. número de furos a serem abertos. (5) alavanca de movimentação da ferramenta.5 destaca as partes principais de uma furadeira de coluna. Algumas máquinas possuem avanço automático com limitadores de profundidade. 21. sensitiva. como pode ser observado pela Figura 21. É utilizada comumente em peças já montadas em que o local a ser perfurado impede a utilização de furadeiras mais precisas. Neste .6a. As furadeiras de uso doméstico classificam-se como portáteis. singularmente e em série (Fig. 21.5). (b) radial. 21. escarear. não poderiam ser usinadas. Quanto ao tipo de máquina pode-se classificar como: portátil. de bancada. alargar.174 21. normalmente através de um motor. que é feito manualmente na maioria das vezes. Enquanto as furadeiras de bancada são utilizadas em pequenos serviços. quando possuem apenas uma árvore. ou seja.6b) são empregadas em peças de grandes dimensões a serem furadas em pontos afastados na periferia.1. As furadeiras de múltiplas árvores são empregadas para trabalhos em uma peça que tem de passar por uma série de operações em um furo como furar. radial e horizontal. A furadeira horizontal tem campo de atuação similar ao da radial. A furadeira radial pode ter mais de uma mesa. que permite trabalhar numa peça enquanto se está fixando outra.6 – Furadeira: (a) de bancada. mesmo na radial. que possui duas e múltipla quando possui três ou mais. Quanto ao sistema de avanço pode-se classificar como manual (ou sensitiva) ou automática (elétrico ou hidráulico).. Tipos de furadeiras Podem-se classificar as furadeiras de diversas maneiras. gêmea (Fig. A força de avanço vem o operador que pressiona a furadeira contra o material. Ao contrário do que possa parecer as furadeiras sensitivas possuem grande aplicação no meio industrial.3. em sequência. Um carro que possui o sistema de acionamento da árvore principal movimenta-se pelo braço para posicionar a ferramenta. podem-se classificar as furadeiras como: simples.7a). indicada para executar furos em peças de grandes dimensões que. A furadeira de bancada é bastante similar à furadeira de coluna. Esse arranjo possibilita a furação de elementos com as formas mais diversificadas. É a furadeira mais encontrada em oficinas de manutenção e de produção sob encomenda devido a sua versatilidade. rebaixar etc. (a) (b) Figura 21. Ambas são utilizadas para pequenas furações. de coluna. Também é comum deixar um fosso em um dos lados da máquina para permitir trabalhar peças grandes. “sentindo” assim o avanço da broca dentro do material. o avanço do mandril se dá por meio de uma alavanca em que o operador faz avançar aos poucos. O braço possui movimento vertical na coluna. O braço também possuir movimento de giro em torno da coluna. as furadeiras radiais (Fig. Já na furadeira sensitiva. Quanto ao número de árvores. A furadeira de coluna caracteriza-se por apresentar uma coluna de união entre a base e o cabeçote. ela é denominada furadeira CNC.9a) para fixação de ferramentas de haste cilíndrica. blocos e gabaritos. eliminando a necessidade de reposicionar e virar a peça cada vez que o plano de furação for alterado. Utilizam- se cantoneiras. (c) múltipla – motor compartilhado. 21. 21. Elas originaram-se da aplicação de cabeçotes de vários mandris em furadeiras de coluna. 21.2. morsas. e muitas vezes os mesmos. 175 caso podem-se ter. dois tipos distintos de acordo com o número de cabeçotes. todos os eixos-árvore compartilham de um mesmo cabeçote. e ter sua própria velocidade de rotação. (a) (b) (c) Figura 21. mais de um cabeçote age na peça a ser furada.7b). utilizados nas máquinas-ferramenta de fresar (fresadoras). dentro de seus limites. Em algumas destas máquinas pode-se ajustar cada árvore livremente.3. que é uma das características importantes da máquina. São utilizadas para economizar tempo.3. Fixação e ajuste da ferramenta na máquina Normalmente na extremidade inferior da árvore de trabalho há um furo cônico (cone Morse ou ISO). a retirada de . Como a fixação em cone Morse ocorre por força de pressão. Nas furadeiras múltiplas de múltiplos cabeçotes (Fig. (b) múltipla – cada uma com seu motor. 21. Mais usuais que as furadeiras CNC são os Centros de Usinagem. Se a furadeira operar de acordo com um programa. São mais úteis em peças a serem produzidas em série quando ocorre a necessidade de furação de muitos pontos em um ou mais planos.7 – Furadeiras de múltiplos eixos-árvore: (a) gêmea. Neste cone podem ser fixados diretamente ferramentas de haste cônica ou um mandril universal tipo “Jacobs” (Fig.8. destaca-se o uso comum de gabaritos de furação. As furadeiras múltiplas são as máquinas utilizadas nas linhas de produção. basicamente. Em furadeiras.7c). pois aceleram a fabricação. uma vez que o tempo total de perfuração fica condicionado ao furo mais profundo. Também podem ser ajustadas para efetuar diversos furos em uma só operação. grampos. 21. que tem a função de guiar a broca e garantir a exatidão/ repetitividade das coordenadas dos furos. Nos gabaritos os furos são de aço endurecido e podem ser substituídos quando desgastados. permitindo uma maior precisão e velocidade. como mostra a Figura 21.3. Fixação e ajuste da peça na máquina Os dispositivos de fixação de peças utilizados nas furadeiras são similares. Podem ser ajustadas para executar as várias etapas de um furo. Nas furadeiras múltiplas de cabeçote único (Fig. como mostra a Figura 21. Figura 21.8 – Diferentes dispositivos de fixação.9 – (a) Mandril universal tipo Jacobs. (a) (b) Figura 21.176 uma ferramenta ou de um mandril porta ferramenta é feita por meio de uma cunha introduzida em uma ranhura existente na árvore.9b. . (b) Retirada de mandril ou ferramenta do cone Morse. 3a) tem a função de iniciar o furo de uma peça. Similares às brocas calçadas há as brocas com pastilhas intercambiáveis (brocas com dentes postiços). As brocas de aço-rápido calçadas com inserto (Fig. calçada com pastilha e múltipla. devido à rapidez e simplicidade em se manter a aresta cortante (gume) afiada. largamente utilizadas em altas produções e em máquinas CNC. Introdução As brocas são as ferramentas de abertura de furos que. PROCESSO DE FURAÇÃO: BROCAS 22.1 mostra exemplos de brocas helicoidais de metal-duro. A broca de centro (Fig. Os tipos de broca mais comuns são: cilíndrica. 22. 22. fazer um pequeno furo para que a ponta da broca não saia da posição desejada. A Figura 22. 22. Figura 22. em geral. André João de Souza . O ângulo de ponta vale 90o 150o de acordo com a dureza do material a furar. fazendo a função da aresta cortante.1. Observa- se que a as pastilhas são soldadas ao corpo da broca. As brocas helicoidais de aço-rápido (Fig. sendo o ângulo de 118 o o mais comum de se encontrar.4 apresenta uma aplicação desta ferramenta. Possuem momento de torção (torque) limitado. Sua alta rigidez impede que ocorra flambagem e que o furo seja executado fora do local correto. 22. isto é.2b) são as ferramentas mais usadas na execução de furos. já que ela possui um diâmetro relativamente grande em relação ao seu comprimento. Ela é formada por duas arestas principais de corte formando o ângulo . Tipos de Brocas A ferramenta mais antiga para a abertura de furos é a broca chata. Prof. A Figura 22. São utilizadas em furações pouco profundas em materiais frágeis.1 – Brocas de metal-duro Sandvik Coro-Drill Delta-C. obtida pelo processo de achatamento a quente de uma parte de uma barra cilíndrica (Fig. 22. como ferro fundido.3b) de maior resistência a quente são indicadas para furação de materiais de maior dureza e/ou para obter-se rendimentos superiores.2. possuem de 2 a 4 arestas de corte (gumes) que formam o ângulo de ponta () e sulcos (em geral. bronze e latão. 177 22. de centro. helicoidais) por onde escoa o cavaco.2a). Sua aplicação é voltada para grandes produções onde o custo de preparação de brocas especiais acaba se diluindo na execução de grandes lotes em tempos mais reduzidos. as possibilidades são muito grandes. As brocas múltiplas ou escalonadas (Fig.5 – Brocas múltiplas ou escalonadas.5) são especialmente afiadas para executar furos complexos em apenas uma operação. Figura 22. .178 (a) (b) Figura 22.4 – Exemplo de aplicação de broca com pastilhas de metal-duro (AB Sandvik Coromant). (a) (b) Figura 22.2 – (a) Broca chata. Como se pode observar.3 – (a) Broca de centro. 22. (b) Elementos básicos de uma broca helicoidal. Figura 22. (b) Broca calçada com inserto soldado. 6). (b) Broca anular.6 ilustra estas brocas especiais.8 mostra os componentes básicos de uma broca helicoidal definidos como: Diâmetro (D): é medido entre as duas guias da broca. Esta broca remove apenas um anel de material.7a (vide detalhe na Fig.3. Em geral tem tolerância dimensional h8. . 179 As brocas canhão. Também se devem citar as brocas com canais internos para fluido lubrirrefrigerante.7 – (a) Brocas com canais internos para lubrificação/refrigeração. o ângulo formado entre as duas arestas principais é chamado ângulo de ponta (). 22. entre 10 e 100 vezes o seu diâmetro. que permitem executar furos de grandes diâmetros com menor geração de cavaco. Duas arestas principais de corte: corte direto do cavaco (flancos principais). evitando o superaquecimento da ferramenta e auxiliando na remoção de cavacos. liga as arestas principais de corte. Guias e rebaixos: a guia é o 1º flanco secundário e o rebaixo o 2º flanco secundário (superfície secundária de folga). Figura 22.6 – Exemplo de brocas canhão (AB Sandvik Coromant). A Figura 22. Aresta transversal de corte: situado na ponta. o refrigerante é enviado diretamente para a região de formação do cavaco. Geometrias de Broca A Figura 22. Existem também as brocas anulares (também chamadas de serra-copo). Como pode-se observar na Figura 22. Sulcos helicoidais: criar espaço para a remoção de cavacos. e a cápsula resultante pode até ser utilizada como matéria-prima. Permite ainda a usinagem de furos relativamente profundos em um único aprofundamento. 22.7b. que tem um único fio cortante são indicadas para execução de furos profundos. como na Figura 22. (a) (b) Figura 22. Canais helicoidais: são as superfícies de saída da ferramenta.9 – Ângulos de uma broca helicoidal: (a) ângulos de ponta ( = 118°) e posição (r = 59°). material e os ângulos (de ponta .8 – Componentes básicos de uma broca helicoidal. diminuindo assim os esforços necessários à furação. o que possibilita maior força de fixação. (c) ângulo de hélice (no diâmetro externo. usam-se em geral brocas de haste cilíndrica e a fixação à máquina se dá por mandril. .2. Em brocas de diâmetro “D” até 15 mm. Haste cônica ou cilíndrica: destina-se à fixação da broca na máquina. As características de uma broca. que por sua vez é preso à máquina. O comprimento do canal helicoidal também pode variar dependendo do diâmetro da broca e do comprimento do furo que se deseja. este engloba o menor e o maior diâmetro disponíveis. (b) ângulo de folga ( = 9~15°). (b) evitar que toda a parede externa da broca atrite com as paredes do furo. brocas de calibração (calibrar ou alargar furos fundidos. são: dimensão. Serve para conferir rigidez à broca. mostradas na Figura 22. brocas extracurtas (onde uma maior rigidez é necessária).16D.180 Figura 22. Tais regiões são denominadas guias. de folga e de hélice ). Guias: a superfície externa de uma broca helicoidal apresenta duas regiões (uma em cada aresta de corte) que têm diâmetro maior que o das paredes da broca. brocas escalonadas (para furos passantes escalonados). existe uma infinidade de outros tipos: para furos profundos. (a) (b) (c) Figura 22. O tamanho da ferramenta corresponde à primeira restrição ao processo de furação.9. Têm duas funções básicas: (a) guiar a broca dentro do furo. pré-estampados ou pré-furados) etc. Os ângulos de hélice () serão discutidos na seção 3. Além das brocas normais (tipo N. além de sua forma. prefere-se prender a broca a um cone Morse. Em brocas de diâmetros superiores a 15 mm. Núcleo: parte interior da broca de diâmetro igual a 0. = 40°). H e W). 140o para aços de alta liga. (b) tipo N. Em geral. que foi o primeiro produto plástico. mármore e granito. madeira e plástico. (a) (b) (c) Figura 22. 18 BAQUELITE é uma resina sintética. PVC. podem-se fazer algumas modificações nas brocas tipo N e obter resultados melhores: Pode-se aumentar o ângulo da ponta (). 22. como aços de alto carbono (Fig. latão. no diâmetro externo da broca. Aplica- se 118o em aço macio.11a). Este também é determinado pela dureza do material que será usinado. É um material isolante de baixa tensão e de fácil usinagem. Brocas tipo N (normal): indicadas para materiais de tenacidade e dureza normais (medianos). Brocas tipo H: indicadas para materiais duros e frágeis e/ou que produzam cavaco curto (descontínuo). (c) tipo W Quando uma broca comum não proporciona um rendimento satisfatório em um trabalho específico e a quantidade de furos não justifica a compra de uma broca especial. Quanto mais duro o material menor deve ser . 181 O ângulo de ponta () corresponde ao ângulo formado pelas arestas principais da broca. .10 – Classificação das brocas normalizadas: (a) tipo H. quimicamente estável e resistente ao calor. graxas. De maneira geral. Baquelite 18 e Celeron19. 22. Determinado de acordo com o material a ser usinado. Quanto mais duro o material. formando um polímero chamado polifenol. Também deve ser determinado de acordo com o material da peça a ser furada. menor deve ser . água do mar.. fofo maleável. náilon. as brocas normalizadas são classificadas como W.. zinco. O ângulo de folga () tem a função de reduzir o atrito entre a broca e a peça e facilitar sua pene-tração no material. que devem ter o mesmo comprimento. N e H (Fig. 118o em ferro fundido duro. cobre. utiliza-se 80o para materiais prensados. 19 CELERON é um fenólico com base em tecido de algodão. vale 9o 15o. ebonite. O ângulo de hélice () auxilia no desprendimento do cavaco. Trata-se da junção do fenol com o formaldeído (aldeído fórmico). bronze. tornando-o mais obtuso (acima de 118o) e melhorando os resultados na furação de materiais duros. corrosão e mudanças bruscas de temperatura. As brocas helicoidais são classificadas pelo seu diâmetro externo (D) e pelo seu ângulo de hélice () ou saída (). Resiste a óleos. guias. Aplicações: buchas. latão e níquel e 130o para aço de alto carbono.10): Brocas tipo W: indicadas para materiais macios e/ou que produzem cavaco longo. anéis. O tecido de algodão garante maior resistência mecânica. ao ângulo de saída (). formando um material denso obtido a partir da aplicação de calor e pressão sobre o tecido impregnado. Utiliza-se 130o para usinagem de alumínio. Coincide. mancais. 22. (a) Forma A (b) Forma B (c) Forma C (d) Forma D (e) Forma E (f) Forma S Figura 22. (a) (b) (c) Figura 22.12b). Afiação de Brocas A afiação da ponta da broca é realizada através de ferramentas abrasivas para a construção e manutenção das arestas de corte das brocas para que estas possam ser utilizadas no processo de furação. reduz bastante estes problemas (Fig. correção do ângulo de saída com afinação da aresta transversal (Fig. afiação cruzada (Fig. Para a furação de materiais de difícil corte. recomenda-se utilizar uma broca com ângulo de ponta = 118o com as partes externas das arestas de corte (gumes) afiadas com aproximadamente 90 o entre elas em cerca de 1/3 do comprimento (Fig.12 – Afiações da ponta da broca.182 Na furação de chapas finas têm-se frequentemente duas dificuldades: furos não redondos e muitas rebarbas. afiação em S (Fig. 22. O desempenho das brocas helicoidais evoluiu de forma significativa com o surgimento de novos procedimentos e afiações. afiação com ângulo de ponta duplo (Fig. pequenos . (b) aumento de acima de 130o. 22. Este tipo de afiação apresenta como vantagem a facilidade de fabricação e o seu bom comportamento na furação da maioria dos materiais usinados. 22. 22. O tipo de afiação de broca mais conhecido e aplicado é a afiação em cone de revolução ou simplesmente afiação cônica.12f).11 – Modificações nas brocas tipo N: (a) aumento de acima de 118o. além da aresta transversal de corte afinada pela afiação cruzada. 22. afiação com ponta de centragem (Fig. novas geometrias têm sido desenvolvidas para facilitar a remoção dos cavacos da região de corte e reforçar as arestas e as pontas da broca. para que fique com um ângulo de ponta () bastante obtuso (acima de 130o). tais como: afinação da aresta transversal (Fig.11c).12e).11b). 22. A afiação é um dos fatores responsáveis pela qualidade dos furos e uma geometria adequada de afiação reduz os esforços de corte na furação. (c) chanframento da aresta de corte 22. Para a usinagem de ferro fundido.12c).4.12d).12a). Estas brocas com novas geometrias possuem. A reafiação da broca. 22. Porém. dentro de um critério previamente estabelecido. rigidez e potência suficientes. essa é uma boa opção desde que.13 – Exemplo de brocas AB Sandvik Coromant: (a) de aço-rápido revestidas com TiN.6. Em geral. nos processos de desbaste (onde se inclui a furação) as tolerâncias dimensionais e rugosidade têm menor importância. 22. 22. 22. 22.4).13b). devido às alterações térmicas. novamente. Logo a vida da broca é o tempo entre duas afiações sucessivas necessárias. . até perder a sua capacidade de corte. a máquina propicie sua utilização (vide Fig. vários desenvolvimentos têm ocorrido com os materiais das brocas. (b) inteiriças de metal-duro 22. A perda da capacidade de corte é avaliada geralmente através de um valor limite de uma grandeza de desgaste medida na ferramenta ou na peça (através da rugosidade ou variação de diâmetro). 22. para brocas com D médio. (a) (b) Figura 22.13a). Vida da Broca Vida de uma broca é o tempo que a mesma trabalha efetivamente. no qual ela trabalha efetivamente. sendo os limites de desgaste definidos pela solicitação térmica e/ou mecânica máxima da ferramenta. Estas novas afiações para brocas ganharam impulso com o desenvolvimento das máquinas de comando numérico. a broca deve ser reafiada ou substituída. Somente em processos de acabamento justifica-se um monitoramento da peça (ao lado de um da ferramenta). Broca inteiriça de metal-duro: quando o furo é pequeno (D 20 mm) e a máquina possui rotação.5. Atingindo este tempo. podendo-se citar: Broca de aço-rápido revestidas com TiN: possibilitou um substancial aumento da velocidade de corte e/ou vida da ferramenta em relação à broca de aço-rápido sem revestimento (Fig. ferramenta e peça). estes tipos de brocas podem ser usados (vide Fig. esta broca é uma boa alternativa (Fig. uma vez que estas afiações exigem geometrias complexas com estreita tolerância geométrica e dimensional. 183 chanfros nas extremidades das arestas de corte ou ainda a ponta em forma de raio. Materiais de Broca Com a utilização de Centros de Usinagem CNC no processo de furação. Brocas especiais: quando o furo tem diâmetro D muito grande e/ou comprimento L muito grande em relação à D (L/D grande).6). Broca com pastilhas intercambiáveis de metal-duro: brocas deste tipo são inviáveis quando seu diâmetro D é pequeno (dificuldade na fixação de insertos). A rugosidade e o diâmetro da peça sofrem outras influências além do desgaste da ferramenta. elásticas e comportamento dinâmico do sistema MFP (máquina. 08D ou 2. resultando em uma maior carga térmica. a quina sofre um arredondamento que se estende até a guia. Recomenda-se que o desgaste de guia não ultrapasse 0. como também por mecanismos abrasivos mecânicos. O valor admissível para o desgaste da guia.55 mm (o menor dos dois valores). maiores serão as marcas de desgaste da periferia da broca em relação ao centro. Este desgaste tem um efeito de autoafiação da aresta cortante. depende de uma análise econômica detalhada. a marca de desgaste nos flancos principais. que aumentam à medida que a broca aproxima-se do seu fim de vida.184 Na furação podem ser adotados diversos critérios de fim de vida para a broca. as brocas devem apresentar VB 0. No flanco de ambas as arestas principais de corte desenvolvem-se grandes marcas de desgaste.14 – Tipos de desgastes em brocas helicoidais Os desgastes mais importantes para uma broca helicoidal são os desgastes da quina e da guia da broca. o diâmetro do furo e a qualidade da superfície. de forma que ele é causado tanto por fenômenos correlacionados com a temperatura. no desgaste das guias VBNS e na profundidade de cratera KT. O desgaste de cratera ocorre na face da ferramenta e coincide com a região de temperaturas mais elevadas na cunha da ferramenta. no entanto. Figura 22. . Por vezes considera-se o critério de fim de vida baseado no desgaste de flanco (0. Quanto maior a velocidade de corte. a velocidade de corte atinge o valor máximo. O colapso da ferramenta (destruição da ponta) pela soldagem por fricção (caldeamento) no fundo do furo e consequente quebra. no entanto. justifica-se a escolha destes para estabelecer o critério de fim de vida da broca. portanto. Na quina. ou seja. O desgaste total da broca compreende os desgastes de flanco (superfície de folga). medido no maior ponto. Como os mais comumente encontrados são os dois primeiros (VB e VBNS). das guias. O desgaste da guia deve ser completamente eliminado pela reafiação da broca. Para maiores valores de avanço ocorre o inverso.14). secundários e de quina são tomados como referência. 22. levando a uma grande flutuação da operação de corte. é determinado pelos custos da ferramenta e de reafiação. As guias são então exigidas pelo atrito. O desgaste da aresta transversal de corte é basicamente mecânico devido ao ângulo de saída negativo ( 60o) e às baixas velocidades de corte. de cratera. Um desgaste de cratera excessivo enfraquece a aresta de corte e aumenta o risco de quebra. o que é compensado pala formação da APC devido à baixa velocidade de corte. Como consequência. podendo até chegar a atuar como uma aresta cortante.4 mm VB 0. Em geral.8 mm).3 mm. de quina e da aresta (ou gume) transversal (Fig. só é utilizado por alguns pesquisadores para caracterizar uma situação final bem definida e em testes de recepção de materiais. Os desgastes de quina e de guia têm influência sobre a superfície gerada pela broca. Quando o objetivo é a reutilização da broca por reafiação. O torque estático necessário para a quebra da broca helicoidal é bem superior aos momentos que atuam durante a usinagem normal. Solicitações alternantes (corte interrompido) levam à fadiga térmica e mecânica da cunha. de flexão e de torção. principalmente quando o ângulo (ou ) é pequeno ou o material da peça é frágil. As rápidas variações da força de usinagem podem levar a fissuras transversais. Na furação com brocas de pequeno diâmetro (D < 3 mm) e na furação profunda (L 2. ex. a broca helicoidal encontra-se sujeita aos esforços axiais. .15 ilustra alguns dos principais problemas que ocorrem em brocas. Portanto. fissuras transversais e longitudinais. sobretudo na usinagem de materiais tenazes que apresentam cavacos que facilmente caldeiam ou soldam na face da broca. Aresta postiça de corte Desgaste de flanco excessivo Desgaste de cratera Deformação plástica Desgaste da aresta transversal Lascamento na quina Lascamento na aresta principal Trincas térmicas nas guias Quebra Figura 22. principalmente nos processos com seções de usinagem muito pequenas (p. 185 Avarias da aresta de corte (lascamentos.: alargamento e brochamento). deformação plástica) são decorrentes de solicitações térmicas e mecânicas excessivas. a quebra ou o lascamento de uma broca. O material de broca mais susceptível a estes tipos de solicitações localizadas é o metal-duro. é comum a quebra da ferramenta devido ao trancamento de cavacos e furação torta. levando a um fim de vida prematuro da ferramenta. Elevadas forças de corte podem levar a microlascamentos e lascamentos da aresta ou da quina. normalmente ocorre devido ao esforço alternante ocasionado pelo desgaste da guia e quina. Durante a usinagem. o desgaste da broca leva às oscilações do torque que ultrapassam o limite de resistência à fadiga da broca. Interrupções de corte também podem provocar lascamentos. Microlascamentos ocorrem na usinagem de materiais duros e com inclusões duras. porém.5D). Nestes lascamentos a linha de fissura é definida pela direção da força de usinagem.15 – Principais falhas na ferramenta de corte (Sandvik Coromant). A Figura 22. Frequentes saídas da broca. ou ainda. Grande aderência de material na face (superfície de saída) indica que o ângulo de saída () da broca é muito pequeno para o material que está sendo furado. Fazendo uma análise rigorosa dos desgastes da broca. ABS. correias. porém. estes danos podem ser evitados. danos maiores ocorrem se não houver nenhum dispositivo de proteção. se as condições de corte. incrustação de pedaços de metal na peça. danificação do dispositivo de fixação e do local de colisão da peça. Adesão de material nas guias: indica ou que a broca não tem redução de diâmetro em direção à haste. Deterioração excessiva das quinas: indica uma velocidade de corte (vc) muito elevada. . mandril) e danificação das conexões (cone Morse. pois ocorrem dentro do intervalo de reação do operador. em máquinas automáticas. para remoção do cavaco. destruição dos elementos de fixação da broca (pinça. ou que ocorrem forças transversais pela afiação assimétrica das arestas principais de corte. acoplamentos) da máquina. Assim: Achatamento da aresta transversal de corte: indica que o avanço (f) está excessivo. Em máquinas supervisionadas. Adesão de material no final dos canais da broca: indica que o comprimento da hélice é muito pequeno. é possível concluir: se o tipo de broca. HSK). podem eliminar o problema. Leve adesão de material no flanco ou polimento da superfície.186 Os possíveis danos causados por uma quebra parcial ou total de uma broca são: danificações dos rolamentos do eixo-árvore e dos elementos de transmissão (polias. perto da ponta da broca: indica que o ângulo de folga () está muito pequeno ou que o avanço (f) escolhido é muito grande. se a afiação da ponta está correta para a tarefa em execução. Marca de desgaste uniforme nos flancos (superfície de folga): mostra que o avanço (f) e a velocidade de corte (vc) estão corretos. gerando deformação (flexão e flambagem) da broca (principalmente para brocas com “D” pequeno) e do eixo-árvore (principalmente para máquinas-ferramenta pouco rígidas) e. faz com que as condições de corte nessa região sejam desfavoráveis. Algumas brocas com pastilhas intercambiáveis de metal-duro possuem. possui quebra-cavacos na sua superfície de saída.1. Uma segunda opção é a execução de um pré-furo com diâmetro maior que o diâmetro do gume transversal (soluciona o problema. desvios de forma e de posição do furo (ovalização e excentricidade). por conseguinte. a mesma coisa acontecendo para o inserto central. Além do mais. possa ser alcançada (Fig. Introdução O ângulo de saída () das brocas helicoidais diminui no sentido da periferia para o centro. Além disso.2). em uma de suas arestas de corte.1. isto é. faz-se necessário minimizar o problema do corte no centro do furo. aumenta o valor do ângulo de saída () da broca nessa região. em geral. Por isso. pastilha somente na periferia da broca e. Algumas vezes as brocas são dotadas de canais internos que possibilitam a introdução do fluido lubrirrefrigerante pressurizado pelo interior da mesma a fim de que a região de corte. Assim. Por causa disso. o inserto central. sendo que se têm ângulos muito negativos próximos ao centro. somado aos baixos valores de vc e à presença da aresta transversal. como mostra a Figura 23. André João de Souza . a força de avanço (força de penetração da broca) fica elevada. neste usa-se uma pastilha com material e geometria adequados para as condições do corte nessa região. Este fato. que além de diminuir o tamanho da aresta de corte (gume). na outra aresta cortante. a capacidade do lubrirrefrigerante em remover os cavacos da zona de corte dependerá da viscosidade e da vazão do fluido. mas aumenta os custos pela introdução de uma operação extra). PROCESSO DE FURAÇÃO: OPERAÇÕES DE CORTE 23. Uma das ações mais adotadas é o chanframento do gume transversal. Figura 23. pastilha somente na região central. 187 23.1 – Broca com insertos intercambiáveis de metal-duro no centro e na periferia (Sandvik CoroDrill 880) Outro problema é a lubrificação/refrigeração da região de corte. 23. facilitando a expulsão dos fragmentos de material removido da região de corte. A deformação plástica do material no fundo do furo aumenta ainda mais a força de avanço necessária (encruamento em materiais dúcteis). no fundo do furo. pode-se usar na periferia uma pastilha com material e geometria adequada para as altas velocidades de corte inerentes a essa região. Prof. Desta forma.3.188 Figura 23. novas ferramentas e coberturas devem permitir um equilíbrio entre a melhoria das condições de corte e o meio ambiente sem afetar a produtividade e não gerando altos custos de implantações e modificações do atual chão de fábrica conhecido. 23. para se abrir um furo com broca helicoidal. Assim. (a) Em cheio (b) Com pré-furo (c) Escalonada (d) De centro (e) Profunda (f) Trepanação Figura 23. Com relação às operações de corte em processos de furação. necessita-se primeiro fazer um furo de centro para que a broca não realize um corte excêntrico já a partir do início do furo (Fig.4). Devido a .2. conforme mostra a Figura 23.2 – Broca Iscar com canais internos de lubrificação/refrigeração O processo de furação a seco ainda deve ser mais bem estudado. Furação em Cheio e com Pré-Furo Muitas vezes. coberturas de ferramentas também devem apresentar características superiores para suportarem altas taxas de calor e ao mesmo tempo proporcionarem um efeito lubrificante como tem acontecido atualmente. uma vez que fluidos ainda precisam ser utilizados porque promovem a lubrificação. elas podem ser classificadas de acordo com as características requeridas no furo realizado. evitando que estes se soldem por fricção (caldeamento) na aresta de corte e no furo. métodos alternativos de refrigeração para processos mais exigentes devem ser propostos e pesquisados. a refrigeração e a expulsão dos cavacos. a rugosidade de um furo pode ser duas vezes maior do que quando se utiliza fluido lubrirrefrigerante. Sem a utilização de fluido.3 – Exemplos de operações de corte em furação 23. mesmo sem o uso de furos de centro ou buchas-guia (Fig.3. Figura 23. e eliminando o tempo de parada para a troca de ferramentas. Geralmente.5). Muitas destas brocas possuem geometria com função autocentrante.5 – Broca Dormer tipo Hydra com cabeça intercambiável e geometria autocentrante. Figura 23. Entretanto.5) possuem dois ou mais diâmetros retificados em brocas padronizadas. 189 pouca rigidez e potência das furadeiras convencionais. 23. a geometria da broca é tal que evita (ou minimiza) a realização de furos excêntricos. 22 – Fig. 22. chanframento ou alargamento. O objetivo é aumentar a produtividade realizando simultaneamente furos de diâmetros menores e maiores. o uso de brocas de metal-duro em máquinas modernas (com alta rotação e alta rigidez) permite a obtenção de furos mais precisos (da ordem de IT9 43 m para furos entre 10 mm e 18 mm). Furação Escalonada A furação escalonada consiste da abertura de um furo com dois ou mais diâmetros simultaneamente. isto é. Pode-se empregar o processo de furação escalonada também quando existe a necessidade de rebaixos em peças para ocultar cabeças de parafusos ou porcas. muitas vezes é necessário usinar um pré-furo de diâmetro menor primeiramente para a execução de um furo de diâmetro médio. muitas vezes sem a aplicação de furos de centro e/ou pré-furos. As brocas para furação escalonada (vide Cap. Para maior rigidez. 23. o diâmetro menor da broca escalonada deve ser maior do que o diâmetro do seu núcleo.4 – Bloco de ferro fundido nodular com 24 pré-furos aguardando a furação. . são utilizadas na usinagem de furos com dois ou mais diâmetros diferentes ou para operações combinadas de furação. Figura 23.5. Vale salientar que a sua alta rigidez impede que ocorra flambagem e que o furo seja executado fora do local correto. 2. já que ela possui um diâmetro relativamente grande em relação ao seu comprimento. verifica-se a formação de cavacos na broca.3a). Por fim. verifica-se a formação de cavacos na aresta de escalonamento.7 – Exemplo de uma operação de furação de centro em peça de bronze.190 Quando se utiliza uma ferramenta com vários diâmetros. Figura 23. Furação de Centros A furação de centros visa obter furos centrais para posterior uso. geralmente com pequenas dimensões. produz um furo cego. Furação Profunda em Cheio Cada processo é capaz de produzir furos até certa profundidade. Esta capacidade é uma função tanto dos processos quanto do movimento da árvore. da capacidade de remoção dos cavacos. e o diâmetro maior da broca produz apenas uma quebra de quina gerando o apoio. como expressado pelo próprio nome. Este processo é similar ao processo de furação escalonada. 23. 23. os testes iniciais deverão ser feitos em etapas (Fig. Um dos problemas do processo de furação é a saída (expulsão) dos cavacos de dentro do furo. Na verdade. Se os cavacos não forem formados de maneira tal que propiciem sua fácil retirada. Em materiais de cavacos longos. Inicialmente. Em seguida.4. geralmente é utilizada para a confecção de furos de centro em peças de revolução que serão usinadas entre pontas. o desafio é conseguir uma boa quebra de cavaco de todas as arestas em corte. 22.6 – Furação escalonada. eles podem provocar o . e também do diâmetro e do comprimento do furo. como apoio de peças de grande comprimento em contrapontos de cabeçotes móveis de tornos. É função também do comprimento da ferramenta. 23. verifica-se a formação de cavacos na aresta de chanfrar.7 mostra a imagem de uma furação de centro realizada por um torno em uma peça de bronze.6): 1. As brocas para furação de centro (vide Cap. como o aço com baixo teor de carbono e aços inoxidáveis. 22 – Fig. 3. A Figura 23. trata-se de ferramenta combinada de furar e escarear. Entretanto. a melhor opção é girar apenas a peça (p. Figura 23. Outro problema é a falta de retilineidade da linha de centro (principalmente em furos profundos). A quebra de uma broca dentro de um furo é um problema grave. Dependendo do comprimento da haste. Furos profundos (L/D >> 5) e/ou com diâmetros grandes (D > 120 mm) necessitam brocas especiais. semelhante à broca de canais retos. A Figura 23. pois além da perda da ferramenta. 23. Quão mais profundo for o furo. Dentro desta abordagem. aliás. muitas vezes. considerado um furo profundo. uma tarefa cara e demorada que. . é necessário gerar cavacos que tenham uma geometria que facilite sua remoção do furo. requerendo uma técnica especial de furação. Normalmente é dotada de pastilhas de metal-duro em sua parte cortante (cabeça ou ponta). cavacos helicoidais ou em lascas são os que podem ser mais facilmente removidos dos furos (Fig.1. 23. tal rejeição pode representar perda substancial. aumento do torque (momento de torção) necessário e a consequente quebra da broca. Se for levado em conta que um furo é normalmente um pequeno detalhe de uma peça bem maior.8). Se isto não é possível. Enquanto que as técnicas normais de furação produzem furos cuja profundidade pode raramente alcançar mais que cinco vezes o diâmetro (L/D < 5). furos em tornos).5. Broca canhão A broca canhão. na furação profunda a faixa pode chegar a 150:1. Por isso faz-se necessário utilizar um ciclo de operações que retire repetidamente a broca de dentro do furo durante o processo (o que gera tempos passivos extras pela interrupção frequente do processo) para que o cavaco e o calor possam ser removidos. A pior condição com respeito ao desvio da linha de centro se obtém quando a ferramenta é dotada de rotação e a peça permanece parada (que ocorre na grande maioria das furadeiras e centros de usinagem). Tanto brocas helicoidais de aço-rápido quanto brocas de metal-duro inteiriças ou com insertos (pastilhas) intercambiáveis são aplicáveis somente para furação de furos curtos com diâmetros pequenos e médios (L/D < 5). 191 entupimento do furo. mais difícil é a remoção do cavaco.9 mostra o princípio de funcionamento deste tipo de broca. ocasiona a rejeição da peça.ex. Se o cavaco formado tiver a forma de fita. a retirada da ferramenta do interior do furo é. possibilita a realização de furos muito compridos com qualidade IT9. a melhor retilineidade é alcançada quando tanto a peça quanto a ferramenta giram. será complicado extraí-lo. A furação profunda é a usinagem de furos com uma faixa de profundidade de diâmetro relativamente grande. principalmente quando o material que está sendo usinado gera cavacos longos. Em geral.8 – Exemplo do cavaco removido em furação. em geral. Qualquer furo mais profundo que dez vezes o diâmetro (L/D > 10) deve ser. Geralmente se utiliza quando L/D > 5. possui remoção externa de cavaco na obtenção de furos com diâmetro de 3 a 20 mm. Com a pressão.5. Figura 23. na furação de aços com baixo-carbono e aços inoxidáveis). A Figura 23. 23.5. A alta pressão empurra o fluido de corte para fora do tubo da broca (entre a broca e o furo). A pressão do fluido de corte faz com que o sistema STS seja mais confiável que o sistema Ejector. A haste da broca é vazada. mas é necessária alta pressão do fluido de corte. e a pressão do fluido empurra os cavacos para fora através desse canal ao longo da parte externa da broca e.11 mostra o princípio da furação profunda realizada com a broca Ejector. Consegue realizar furos com qualidade IT10.3. A broca BTA é sempre a primeira escolha para furos profundos. Broca BTA ou STS A broca canhão com remoção interna de cavaco (BTA) – também conhecida como broca com sistema de tubo único (STS) – é destinada a furos com diâmetros de 18 a 64 mm e comprimento de até aproximadamente 1 m. ou seja.9 – Furação com broca canhão A haste da broca canhão é vazada. . portanto. para fora do furo. A Figura 23.10 mostra uma broca BTA/STS em furação profunda. A haste da broca possui um canal externo com formato em V. a pressão do fluido empurra os cavacos para dentro do corpo da broca através de um espaço especial na cabeça da broca. 23. um canal ao longo de todo o seu comprimento. especialmente na furação de materiais onde uma boa quebra de cavacos seja de difícil obtenção (por exemplo.10 – Furação profunda com broca BTA/STS. Broca Ejector A cabeça da broca Ejector é idêntica à da broca BTA. A broca canhão pode ser aplicada em um centro de usinagem convencional. Assim.2. A profundidade do furo somente é limitada pelo equipamento e ferramental disponível. o fluido de corte é inserido dentro dela em todo o seu comprimento a partir de uma entrada externa e empurrado para fora pelos furos na cabeça cortante (ponta). difere desta pelo sistema de retirada do cavaco. Assim.192 Figura 23. o cavaco é deslocado para fora através do tubo da broca. que somente usinam a periferia do furo. gerando uma pressão negativa neste tubo que ajuda na retirada do cavaco. uma vez que a potência exigida é menor que na furação em cheio. e os cavacos são expelidos através do tubo interno. são idênticas às da broca BTA. inteiramente dentro do corpo da broca. este tipo de broca só pode ser usado em furos passantes. retorne pelo interno. Trepanação Quando o furo é muito grande (diâmetro acima de 120 mm) e não se tem um pré-furo realizado em operação anterior. ou seja. Para este caso têm-se como opção as brocas ocas para trepanação. onde pode ser difícil obter material de amostra apropriado. ou seja. o núcleo pode ser recuperado e usado para outros fins. A Figura 23. O tubo interno possui alguns furos em sua parede que permitem que parte do óleo que está a caminho da cabeça da broca pelo tubo externo. 193 Na broca Ejector.12 – Operação de trepanação em furação. a furação com a broca helicoidal causaria grande desperdício de material na forma de cavaco e consumiria muito tempo e muita potência (energia) de usinagem. A aplicação e a qualidade do furo. Consequentemente. O núcleo pode então ser usado para amostras de testes e análise de material. não externamente. o sistema de condução do fluido de corte pressurizado até a região de corte é constituído de dois tubos concêntricos. mantendo intacto o material da parte central. obtidas pela broca Ejector.12 ilustra a operação de trepanação em furação.6. Pode ser usada também no caso de peças grandes e caras. O fluido de corte é inserido na broca entre os dois tubos. Esse sistema requer menos pressão do fluido que o sistema STS e pode ser instalado usualmente em máquinas-ferramentas convencionais sem grande reconstrução. 23. Figura 23. O método é usado principalmente quando a potência da máquina é limitada. também dentro do corpo da broca. Figura 23. . é deixado um tarugo redondo inteiriço no centro do furo.11 – Furação profunda com broca Ejector. em vez de remover todo o material na forma de cavacos. Particularmente no caso em que o material é caro. Utilizam-se ferramentas denominadas alargadores. (d) torneamento interno (e) retificação interna e (f) brunimento. Ferramentas e Operações Auxiliares Em furos de precisão. depois.13 mostra tais processos. este furo irá receber a cabeça cônica (escareada) de parafusos ou rebites. Os alargadores de expansão possuem um grau de exatidão da ordem de 0. mantendo assim a concentricidade das operações. Isto permite o uso do rebaixador em diferentes diâmetros e/ou sua substituição no caso de desgaste. pois suas lâminas deslizam no fundo de canaletas cônicas por meio de porcas reguláveis. Existem alguns escareadores que possuem um ressalto cilíndrico em sua extremidade com a função de auxiliar na centragem do escareador.13 – Exemplos de ferramentas e operações auxiliares 23. O piloto postiço pode ser substituído. (b) alargamento. Uma variação do rebaixamento é o escareamento. (a) Rebaixamento (b) Alargamento cilíndrico (c) Brochamento interno (d) Torneamento interno (e) Retificação interna (f) Brunimento Figura 23. A Figura 23. Para medidas específicas deve-se utilizar o alargador de expansão. Tem por objetivo calibrar o furo dando-lhe diâmetro. A ferramenta possui um piloto (ou guia) que é uma saliência cilíndrica em sua ponta com diâmetro igual ao diâmetro do furo a ser rebaixado. Os alargadores são fabricados em medidas padronizadas mais comuns.7.01 mm. 23. pois é fixado com um parafuso. cilindricidade e rugosidade que não se consegue com o uso de brocas convencionais.1. Rebaixamento Trata-se do aumento do diâmetro inicial de um furo previamente aberto de modo a alojar a cabeça de um parafuso. o furo passa por operações de acabamento tais como: (a) rebaixamento. normalmente emprega-se uma broca helicoidal (operação de desbaste) e. O piloto pode ser fixo ou postiço.7. Alargamento Consiste no aumento do diâmetro de um furo previamente aberto. Ele pode ser ajustado rapidamente na medida exata de um furo. (c) brochamento interno. O piloto fixo é parte integrante da ferramenta. em que é gerado um rebaixo cônico no início de um furo previamente aberto.194 23. Normalmente. A variação de seus diâmetros pode atingir alguns poucos milímetros para .2. Sua retirada também facilita a operação de reafiamento do rebaixador.7. uma vez que a profundidade determina o balanço.7. a necessidade de se ter um rebolo com pequeno diâmetro (entrar no furo a ser usinado) faz com que a velocidade de rotação tenha de ser alta (algo em torno de 15000 rpm) para que se possa ter velocidade periférica similar à da retificação externa. Esta operação também pode ter como objetivo gerar um furo cônico. com tolerâncias na faixa de IT7 ( 21 m para diâmetros entre 18 mm e 30 mm). 23. Por conta disso. Não possui limitação com relação ao volume de produção e pode obter furos de qualidade IT7. Maiores detalhes podem ser vistos no Cap. Além da vantagem de serem ajustáveis. Também. Torneamento interno O torneamento interno pode ser aplicado no acabamento de furos de diâmetros médios e grandes (comumente acima de 15 mm) em peças de revolução. podem surgir combinações entre comprimento e diâmetro em que o corpo da ferramenta pode ficar frágil. quadrados. A escolha da ferramenta é restrita devido ao diâmetro e ao comprimento do furo da peça.4. 31. Para isto faz-se uso de alargadores cônicos. Também se podem encontrar alargadores com pastilhas intercambiáveis.5. lisos ou estriados. a retificação é realizada após o furo ter recebido uma das operações citadas nos itens anteriores. Para evitar essa instabilidade existem opções de ferramentas com o corpo de aço. suas lâminas podem ser facilmente afiadas por serem removíveis. Pode-se citar ainda que o alargamento também pode ser realizado manualmente.3.7. Brochamento interno O brochamento interno é uma operação que permite modificar um furo vazado e transformar o perfil de uma peça. estriados. . O alargamento é utilizado em furos de pequenos diâmetros (geralmente menores de 20 mm) quando se deseja uma tolerância na faixa de IT7 ( 18 m para diâmetros entre 10 mm e 18 mm). gerando assim instabilidade na usinagem. hexagonais etc. O brochamento interno é comumente usado em furos passantes com diâmetros médios e grandes (frequentemente acima de 20 mm). Retificação Interna A retificação interna é usada também em furos médios e grandes e se deseja tolerâncias mais apertadas. 17). Com o desenvolvimento das máquinas-ferramentas. Muitas vezes. O objetivo dessa operação pode ser o de abrir cavidades para chavetas em furos cilíndricos ou o de transformar perfis de furos cilíndricos em perfis acanelados. 195 os alargadores maiores.7. já se consegue em produção furos torneados com tolerância IT6 ( 13 m para diâmetros entre 18 mm e 30 mm) ou até menor (vide Cap. de regra após ter sido realizado o tratamento térmico final da peça (a peça já endurecida). Isto também permite que sejam substituídas quando danificadas. Essa operação é feita num furo aberto anteriormente por outro processo qualquer. É uma operação bastante rápida. 23. com a ajuda de um acessório denominado desandador. 23. A brocha é uma ferramenta delicada e muito cara. metal-duro e antivibratórias. O fato de a operação exigir que o rebolo mantenha-se em balanço causa certa imprecisão no processo devido à deflexão do eixo porta-rebolo. na faixa de IT5 ( 9 m para diâmetros entre 18 mm e 30 mm). Erro de planicidade ocorre devido à deflexão na ferramenta (principalmente). 23. a circularidade e o perpendicularismo dependem do processo. A diferença entre retificação e brunimento consiste na velocidade de rotação.196 23. Figura 23. Por isso. todas as operações de acabamento em furos são utilizadas para produzir características exclusivas na peça. e depende da profundidade e da largura de corte. Brunimento Brunimento é um processo mecânico de usinagem por abrasão. No brunimento ela já é bem menor e o trabalho é feito com pressão maior. Quanto às tolerâncias geométricas. gerando melhor acabamento e maior precisão dimensional (tolerância IT4 ou ainda mais apertada – abaixo de 6 m para diâmetros entre 18 mm e 30 mm). excentricidade da ferramenta. visando satisfazer as exigências específicas de tolerâncias. Qualidade de Peças Furadas A análise do acabamento obtido em processos de furação normalmente é uma tarefa complexa. dimensional (diâmetro resultante diferente da broca) e de rebarbação (rebarbas na entrada ou saída do furo). A Figura 23. erro na máquina etc. Por exemplo. a ferramenta ou a peça gira e se desloca axialmente com movimento alternativo. pois se trata de um processo de desbaste no qual o acabamento é obtido por outro processo. a retilineidade e o paralelismo dependem do comprimento e do diâmetro do furo. Os processos de furação produzem furos que poderão ter diâmetros maiores ou menores do que o desejado. o alargamento produz uma melhor retilineidade. este processo é normalmente empregado após a retificação. empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução.14 – Erros comuns na geometria do furo. do comprimento e do diâmetro da ferramenta.8. Da mesma forma existem tolerâncias dimensionais negativas e/ou positivas. enquanto o torneamento interno (mandrilamento) resulta num melhor paralelismo.6. de circularidade (seção circular distorcida).14 esquematiza os erros de forma (diâmetro não uniforme). Para tanto. No entanto.7. no qual todos os grãos ativos da ferramenta abrasiva (Al 2O3 ou SiC com granulação fina) estão em constante contato com a superfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais. . por outro lado. de posição (deslocamento do centro do furo). Esta contribuição depende da qualidade da afiação e do fluido de corte utilizado. Uma broca helicoidal é submetida basicamente aos esforços de torção e compressão. O atrito das guias da broca e dos cavacos na parede do furo também contribui para o aumento de Mt. verificam-se as seguintes resistências à penetração da broca devidas ao: corte do material nas duas arestas principais. baseando-se nos esforços de corte e nas características da ferramenta de corte e da máquina-ferramenta. Se os esforços em cada aresta principal de corte da broca não forem iguais (devido.5 mm). Introdução A importância do conhecimento dos esforços de corte no processo de furação está relacionada com a determinação dos fenômenos que ocorrem na região de formação do cavaco. Assim. podendo levá-la à ruptura. 197 24. 24. para a explicação de mecanismos de desgaste e como critério para a determinação da usinabilidade de um material. Prof. Figura 24. força de avanço (Ff) e a força passiva (Fp).1. a flambagem também deve ser levada em consideração. surgirá uma resultante radial diferente de zero (Fp1 Fp2 0).1 – Componentes ortogonais da força de usinagem em furação Força de Corte (Fc): predominantemente responsável pelo momento de torção (Mt) que atua na furação. Esforços de Corte em Furação A Força de Usinagem (F) que atua sobre a cunha cortante durante a furação pode ser decomposta em três componentes (Fig. atrito das guias com a parede do furo e entre a superfície de saída da broca e o cavaco. André João de Souza . Quanto maior o esforço a que a broca é submetida. acima do qual a furadeira não consegue mais realizar o corte e/ou a broca se rompe. principalmente. a uma afiação desigual das duas arestas).1): força de corte (Fc). PROCESSO DE FURAÇÃO: ESFORÇOS DE CORTE & AVANÇO MÁXIMO PERMISSÍVEL 24. Em brocas de pequeno diâmetro (D 3.2. 24. é possível determinar o avanço máximo permissível para a realização de um desejado furo. que provocará flexão na broca. Durante a furação. corte e esmagamento do material na aresta transversal. mais a furadeira é solicitada e maior é o risco de a broca se quebrar. podendo causar flexão na ferramenta. Força Passiva (Fp): atuante em uma parcela da aresta principal de corte. A elevação da Ff e do Mt não possui repetitividade para a mesmo valor de VB max. Presumindo-se que a geometria da ponta da broca tenha sido construída corretamente. 24. quando as arestas principais da broca não estão igualmente afiadas. para se estimar os esforços de um processo de furação.198 Força de Avanço (Ff): decorrente da atuação da aresta transversal (corte deficiente e esmagamento do material) e da resistência ao corte (penetração) do material usinado. passiva (Fp) e momento torçor (Mt) em função da marca de desgaste (VBmax) . os esforços são diferentes de uma aresta principal para outra. Apenas diferenças de desgaste podem ser reconhecidas. Assim.2): A Ff (verde) e o Mt (vermelho) são diretamente proporcionais à largura máxima da marca de desgaste de flanco da broca (VBmax). pois o desgaste simultâneo das duas arestas principais de corte compensa o seu efeito. A Fp (azul) resultante não mostra variação com o desgaste (mantém-se em aproximadamente 100 N). Esta força também recebe pequena contribuição do atrito do cavaco nos canais da broca. as componentes ortogonais da força de usinagem (avanço Ff e passiva Fp) e o momento de torção (Mt) seguem os seguintes comportamentos (Fig.2 – Forças de avanço (Ff). Ela é desprezível quando comparada com as forças de corte (Fc) e as forças de avanço (Ff). a Fp tem sentido oposto à força passiva atuante na outra. basta calcular o Mt e a Ff do processo. Figura 24. No processo de furação com brocas helicoidais de aço-rápido. a resultante é nula (Fp1 Fp2 = 0). Uma broca helicoidal durante o corte é basicamente submetida a esforços de torção (devido à rotação da broca) e esforços de compressão (devido ao avanço da broca). Vale salientar que. 1 – Participação das arestas da broca helicoidal nos esforços de corte em furação ARESTAS ARESTA ATRITOS PRINCIPAIS TRANSVERSAL Momento Torçor (Mt) 77 a 90% 3 a 10% 3 a 15% Força de Avanço (Ff) 35 a 60% 40 a 60% 2 a 5% O ângulo de saída () das brocas helicoidais diminui no sentido da periferia para o centro da broca. desvios de forma e de posição do furo (ovalização e excentricidade). por conseguinte.2.1.2) Para furação com um pré-furo de diâmetro “d”: Momento torçor [Nmm]: M t C3 D2 x3 Dx3 d x3 f 1 y3 (24. somado aos baixos valores de velocidade de corte e à presença da aresta transversal. diversos são os fatores que influem nos esforços de corte durante a furação. mas aumenta os custos pela introdução de uma operação extra). Assim. a profundidade de corte. gerando deformação (flexão e flambagem) da broca (principalmente para brocas com diâmetro pequeno) e do eixo-árvore (principalmente para máquinas-ferramenta pouco rígidas) e. o material da ferramenta. aumenta o valor de nessa região. Para que as equações experimentais que possam estimar os valores destes esforços sejam determinadas. 24. da aresta transversal e dos atritos no momento de torção e na força de avanço oscila entre os fatores apresentados na Tabela 24. 199 A participação percentual das arestas principais de corte. Este fato. Para furação em cheio: Momento torçor [Nmm]: Mt C1 Dx1 f y1 (24. a fim de ter uma equação possível de ser usada. Por causa disso. Por isso.1) Força de avanço [N]: Ff C2 Dx2 f y2 (24. Os demais fatores estão implícitos nas constantes definidas. a velocidade de corte. 24. DAAR (Eq.4) desenvolveram equações baseadas no diâmetro (D) do furo.4) . o material da peça etc. faz-se necessário minimizar o problema do corte no centro do furo.1. os pesquisadores KRONENBERG (Eq. sendo que se têm ângulos muito negativos próximos ao centro. a força de avanço F f (força de penetração da broca) fica elevada. Equações empíricas para o cálculo dos esforços em furação Como em todos os processos de usinagem.3) Força de avanço [N]: Ff C4 D1 x 4 Dx 4 d x 4 f 1 y4 (24. Uma segunda opção é a execução de um pré-furo com diâmetro maior que o comprimento da aresta transversal (soluciona o problema. Tabela 24. faz com que as condições de corte nessa região sejam bem desfavoráveis.2 a 24. que além de diminuir o tamanho da aresta principal. A deformação plástica do material no fundo do furo aumenta ainda mais a força de avanço necessária (encruamento em materiais dúcteis). no avanço (f) e no material da peça para brocas. a geometria da ferramenta.1) E H. Uma das ações mais adotadas é o chanframento da aresta transversal de corte. 24. é necessário que o número de parâmetros de influência no processo seja reduzido. dentre eles: o avanço. 87 0.34 1025 372 1.07 0.60 407 0.20 0. pois leva em consideração a variação de ks com a espessura do cavaco na obtenção da força de corte (Fc).60 0. Assim.4 são apresentados nas Tabelas 24. x e y) das Equações 24.54 373 0.32 0. 18: Fc Ks1 b h1z (18.23 1065 238 2.29 1020 148 2.97 0.54 273 0.30 VND 257 2.65 1098 0.60 0.3 – Coeficientes para a obtenção da força de avanço (Ff) FURAÇÃO EM CHEIO FURAÇÃO COM PRÉ-FURO Aço C2 x2 y2 C4 x4 y4 1085 1579 1.70 677 0.2.05 0.35 0.76 236 1.46 VM 20 268 1.33 0.02 0.70 0.41 0.70 466 0.5) sen(r ) 2 sen(/2) .30 1055 215 2.46 VND 540 1.90 0.3) Em que: ap D Largura do cavaco: b (24.50 0.90 0.1 a 24.31 Tabela 24.90 0.72 213 1.59 451 0.83 185 2.21 0.2.40 0.39 1065 486 1.90 0. Tabela 24.32 VS 60 419 1.56 1055 216 1.10 0.05 0.78 369 1.13 0.60 0.90 0.22 VS 60 107 2.26 52100 459 1. Equação de Kienzle para Furação A Equação de Kienzle oferece resultados mais precisos para o cálculo do momento de torção.22 0.86 271 1.30 VM 20 477 1.2 – Coeficientes para a obtenção do momento torçor (Mt) FURAÇÃO EM CHEIO FURAÇÃO COM PRÉ-FURO Aço C1 x1 y1 C3 x3 y3 1085 296 2.20 0.2 e 24.43 52100 411 1.77 341 2.20 0.32 0.30 0.77 198 1.72 917 0.60 0.01 0.3.62 1025 328 1.77 216 1.29 0.50 0.66 632 1.79 373 0.60 24.77 0. a força Fc para cada aresta na furação em cheio é dada por: Vide Cap.49 1020 319 1.50 0.200 Os valores das constantes do material da peça (C. A tensão ideal resultante da ação conjunta do momento torçor e da força de avanço é dada por: .11) 2 Onde ka [N/mm2] é a pressão específica de corte na direção normal à aresta de corte. ka = ks 4 a 6 rt. 201 f Espessura do cavaco: h f z senr sen(/2) (24. acima do qual a máquina-ferramenta (furadeira) não consegue mais realizar o corte e/ou a broca se rompe.10) e (24.8) 20 Com pré-furo: Fc (D d) Mt (24. Avanço Máximo Permissível em Furação Baseando-se nas Equações (24.3. Em brocas pode-se tomar. o momento torçor Mt [Ncm] fica: Fc D Em cheio: Mt (24. 24. no plano de referência. Para furação em cheio e com pré-furo com diâmetro “d”.7) sen(r ) 2 sen(/2) Os valores de 1z e Ks1 para os materiais ensaiados por KIENZLE são obtidos na Tabela 18.6) 2 Vale lembrar que a largura do cavaco na furação com pré-furo de diâmetro “d” é dada por: ap (D d) Largura do cavaco: b (24.1) e DAAR (Eq. Material da broca A tensão admissível para uma broca tipo N (normal) de aço-rápido é adm 245 N/mm2.1. Três são os fatores limitantes: Material da broca. Na determinação do avanço máximo permissível em furação dar-se-á preferência às equações para furação em cheio de KRONENBERG (Eq. é possível determinar o avanço máximo permissível para a realização de um desejado furo.3. 24.2).1.2) e nas características da ferramenta de corte e da máquina. 24.1) e (24. em primeira aproximação. Potência do motor do eixo-árvore.11): 1 Em cheio: Ff k a D f sen(σ/2) (24.9) 20 Já a força de avanço é calculada pelas Equações (24. 24.10) 2 1 Com pré-furo: Ff k a (D d) f sen(σ/2) (24. Rigidez da máquina-ferramenta. Já para o aço ABNT 1085 (vermelho).5 mm.4 Assim. as linhas tipo traço dois pontos em azul claro e laranja representam as curvas para a resistência da broca de metal-duro na furação dos aços ABNT 1020 e ABNT 1085. respectivamente.202 36.4 M t 245 D3 i adm Mt 6. No caso de brocas de metal-duro. tem-se para a furação em cheio (situação mais crítica): Ffuradeira Ff C2 Dx 2 f y2 Ffuradeira y2 f max 2 C2 D x 2 1 F y2 (24. resistência à compressão e resistência ao desgaste a quente.5 mm por metro de braço. a resistência da broca é a limitação para D 33.3 kN). levando-se em consideração a resistência da broca na furação em cheio (adm 245 N/mm2) e a força de penetração máxima da máquina (Ffuradeira = 24. . O avanço máximo calculado dessa forma é válido para brocas de diâmetros médios e pequenos.73 D3 D3 36. a tensão admissível para uma broca tipo N (normal) desse material chega a ser cinco vezes maior que a de uma broca de aço-rápido ( Mt 33. 22. costuma-se tomar a força máxima (Ffuradeira) como aquela que produz no braço da máquina uma flecha por flambagem de 1. 24. Para brocas de grandes diâmetros. Observa-se no diagrama que para a furação do aço ABNT 1020 (azul) com uma broca de aço- rápido.3 mostra um diagrama com a variação do avanço máximo permissível (f max) em função do diâmetro (D) da broca para a furação dos aços ABNT 1020 e ABNT 1085.73 D3 x1 y1 (24. Rigidez da máquina-ferramenta Toda máquina de furar tem um limite para a força de penetração que pode executar. O avanço máximo para os dois materiais vale fmax 0. mostrando que avanços altos podem ser aplicados mesmo com brocas de pequenos diâmetros. Desta forma. como estas apresentam maiores homogeneidade. utilizando-se um valor de avanço menor ou igual ao dado pelas equações supramencionadas. pois o material com maior teor de carbono (maior dureza) restringe a aplicação. Acima deste limite. certamente devem-se levar em consideração a resistência e a rigidez da máquina (vide Fig. respectivamente.13) f max 2 furadeirax 2 C2 D A Figura 24. também neste caso devem ser levadas em consideração a resistência e a rigidez da máquina.3.63 mm/volta e fmax = 0. Para ilustrar. garante-se que a broca não vai romper. Em furadeiras radiais.2.12) f max1 C1 Desta forma.6 mm. Por isso.46 mm/volta. tem-se para a furação em cheio (situação mais crítica) a seguinte situação: 1 6.5 mm. ela não consegue prosseguir o movimento de avanço da broca.7 D3 ). enquanto que para D 33. a limitação passa a ser a força de avanço da máquina. dureza.4). a limitação em relação à resistência da broca é para D 26. observando a Figura 24.3 – Avanço máximo permissível versus diâmetro da broca 24.14) x1 n C1 D 24.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Diâmetro da Broca [mm] Figura 24.3 kN 2 Res. Broca (ABNT 1085) 1. Conclusão O avanço máximo permissível para a realização de um desejado furo deve levar em consideração os três fatores limitantes (material da broca fmax1. a limitação recairá sobre a potência do motor do eixo-árvore e a rotação disponível na máquina-ferramenta. nota-se que praticamente não há limitação de furadeira e broca quando se trata de ferramenta de metal-duro. 203 Furação dos Aços 1020 e 1085 .4 0.3. Broca (ABNT 1020) Res.63 0. deve-se escolher o menor dentre os três valores de avanço fmax obtidos. rigidez da máquina-ferramenta fmax2 e potência do motor do eixo-árvore fmax3). Para exemplificar.8 0.Força de avanço máxima = 24. No entanto.6 33.8 Ffuradeira (ABNT 1020) Ffuradeira (ABNT 1085) 1.2 1 0.3.3.2 26.6 0.46 0.3. Consequentemente. Potência do motor do eixo-árvore A potência máxima de corte disponível no eixo-árvore de uma furadeira (Pcdisp) pode ser dada por: 2 M t max D n F v D 1000 Pcdisp Pmotor c max c 60 60 Levando-se em consideração a furação em cheio: M t max n 9550 Pmotor Pmotor C1 D x1 f max y1 3 30000 n 1 9550 Pmotor y1 f max 3 (24.4.6 Avanço Máximo [mm/volta] 1.4 1. . 204 . A ferramenta. André João de Souza . (c) fresa inteiriça de metal-duro. PROCESSO DE FRESAMENTO: GENERALIDADES 25.1. No fresamento. (b) fresa abacaxi. efetuados ao mesmo tempo.1 ilustra algumas das fresas utilizadas em usinagem por fresamento. (g) fresa de copiar para acabamento. 205 25. (d) fresa a 90° três cortes. o brochamento externo e a retificação. A Figura 25. Figura 25. As superfícies planas de não revolução podem ser executadas por vários processos além do fresamento. Um dos movimentos é o de rotação da ferramenta ao redor do seu eixo. (i) fresa com inserto redondo. É o movimento da mesa da máquina- ferramenta ou movimento de avanço que leva a peça até a ferramenta de corte e torna possível a operação de usinagem. dentre eles o aplainamento. A operação de corte consiste na retirada do excesso de material ou sobrematerial da superfície de uma peça (remover cavaco) com a finalidade de construir superfícies planas retilíneas ou com uma determinada forma e acabamento desejados. já que boa parte das superfícies não planas e de não revolução somente pode ser gerada por fresamento. Introdução A operação de fresamento é uma das mais importantes dentre os processos de usinagem com remoção do cavaco por cisalhamento (energia mecânica). a remoção do sobrematerial da peça é feita pela combinação de dois movimentos. (e) fresa de facear. é provida de arestas cortantes dispostas simetricamente em torno de um eixo. (h) fresa de alta performance. onde é fixada a peça a ser usinada. Prof.1 apresenta dados comparativos entre esses processos. chamada fresa. A Tabela 25. (f) fresa a 90° seis cortes.1 – Ferramentas para fresamento WALTER: (a) fresa octogonal. O outro é o movimento da mesa da máquina. O fato de a ferramenta (fresa) poder se apresentar em diferentes formas confere a este processo de usinagem um caráter de versatilidade em termos de geometrias possíveis de serem geradas em peças e/ou componentes mecânicos. coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. . Não são considerados rebolos abrasivos rodas ou discos de metal.206 Tabela 25. Muitas vezes. O aplain amento pod e ser ho rizontal ou vertical. afiação da ferramenta. Para tanto. operação de retificação vem depois da operação de fresamento. tolerâncias mais apertadas.1 . Brochamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes. Recordando: Aplainamento é o processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas. tendo uma ou várias camadas de abrasivos na superfície. A retificação pode ser tangencial ou frontal. 20 Denomina-se usinagem por abrasão o processo mecânico de usinagem no qual são empregados abrasivos ligados ou soltos. geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou d a ferramenta. a brocha ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea. FRESAMENTO BROCHAMENTO EXTERNO A operação de brochamento é impossível quando a Operação mais barata a partir de um determinado superfície a ser usinada faz uma intersecção com número de peças no lote. FRESAMENTO APLAINAMENTO Máquina e manutenção mais barata e menor tempo de Operação mais barata. madeira. tecido. com formas a dimensões definidas. qualquer outra superfície existente. Qu anto à finalidade. Segundo a Norma ABNT PB-26. uma ferramenta abrasiva é aquela constituída de grãos abrasivos ligados por aglutinante. o rebolo gira e a peça ou o rebolo se desloca segundo uma trajetória determinada. Para tanto.Comparação entre o fresamento e outros processos de usinagem no corte de superfícies planas de não revolução. as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste a aplainamento de acabamento. Retificação é um processo mecânico de usinagem por abrasão20 destinado à obtenção de superfícies com auxílio de ferramentas abrasivas de revolução. FRESAMENTO RETIFICAÇÃO Melhor acabamento da superfície usinada e obtenção de Maior capacidade de remoção de cavaco. podendo a peça girar ou não. A ferramenta abrasiva com a forma de superfície de revolução adaptável a um eixo é denominada rebolo abrasivo. O brochamento pode ser interno (executado num furo passante) ou externo (executado numa superfície externa da peça). papel. 25. 25.2. e é o ângulo entre as direções das velocidades efetiva (v e) e de corte (vc). é o ângulo entre as direções das velocidades de avanço (vf) e de corte (vc).2 – Grandezas de avanço no fresamento (a) discordante (para cima). O avanço de corte fc [mm] é a distância entre duas superfícies consecutivas em usinagem. medida no plano de trabalho da ferramenta e perpendicular à direção de corte (Eq. As grandezas de penetração são aquelas que descrevem geometricamente a relação de penetração entre a ferramenta e a peça. fc f z sen (25. fz [mm/dente] é o percurso de avanço por dente e por volta da ferramenta medido na direção de avanço (z = número de arestas ou dentes da fresa). todos os movimentos são importantes.3) A velocidade de avanço vf [mm/min] é o produto do avanço pela rotação da ferramenta (Eq. Assim.1) 1000 Sabe-se que f [mm/volta] é a distância percorrida pelo centro da fresa em cada volta da ferramenta. sentidos. (a) (b) Figura 25.2) O ângulo de contato do dente () é o ângulo entre uma linha radial da fresa que passa pelo ponto de contato aresta de corte/peça e outra linha radial que passa pelo ponto onde a espessura de corte (h) é zero. a velocidade de corte v c [m/min] (Eq. .1) é a velocidade tangencial instantânea resultante da velocidade de rotação n [rpm] da fresa com diâmetro D [mm] em um ponto de contato com a peça. (b) concordante (para baixo). 25.2 mostra o avanço por dente (f z) e as direções das velocidades associados aos movimentos no fresamento. A todos eles estão associados direções. f fz z (25. Movimentos e Grandezas Em usinagem. vf f n f z z n (25. Em fresamento. O avanço por dente corresponde à distância entre duas superfícies em usinagem consecutivas. Na figura.2). considerada na direção de avanço (Eq. 25. onde os movimentos de corte e de avanço ocorrem simultaneamente: Dn vc (25.4) A Figura 25.4).3). 207 25. O seu valor corresponde aproximadamente à espessura máxima do cavaco (hmax). velocidades e percursos. 6) 1000 25. Em fresamento.3 – Grandezas de penetração no fresamento: (a) tangencial ou periférico. 25. tem-se também a penetração de avanço (af) que representa a penetração da ferramenta medida no plano de trabalho na direção de avanço.3a) ap também é denominado largura de corte.208 No fresamento. graças à fresadora (ou máquina de fresar) e às suas ferramentas e dispositivos especiais. Porém. No fresamento tangencial (Fig. A operação de usinagem feita por meio da fresadora é chamada de fresamento. ae é chamado de penetração de trabalho. penetração de trabalho e velocidade de avanço da ferramenta: a p a e vf Q [cm3/min] (25. . (b) frontal. medida perpendicularmente ao plano de trabalho) e ae corresponde à profundidade radial de corte (largura de penetração da ferramenta em relação à peça medida no plano de trabalho perpendicularmente à direção de avanço). Maiores detalhes no Cap.5) vf f z z n 1000 f z z vc onde Lf é o percurso de avanço [mm]. 28. 25.5) resume a totalidade dos tempos ativos. Em fresamento. (a) (b) Figura 25. 25. no frontal (Fig. ap corresponde à profundidade axial de corte (largura de penetração da ferramenta em relação à peça. Este poderia ser um fator de complicação do processo de usinagem. pois ele representa o tempo em que os movimentos de corte e/ou avanço estão efetivamente ocorrendo: Lf Lf d Lf tc tc (25. ap recebe a denominação de profundidade de corte.6) representa o volume de cavaco removido [cm 3] por unidade de tempo [min]. a dificuldade em se obter o tempo de corte tc está em justamente determinar o percurso de avanço Lf. 25. Máquinas Ferramentas (Fresadoras) As peças a serem usinadas podem ter as mais variadas formas. O tempo de corte tc [min] (Eq.3b). Nos dois casos (tangencial e frontal). A taxa de remoção de material Q (Eq.3. Este parâmetro é frequentemente utilizado para determinar a eficiência de uma operação de usinagem. ela é calculada pelo produto de três parâmetros: profundidade ou largura de corte. é possível usinar praticamente qualquer peça com superfícies de todos os tipos e formatos. Completando. Pantográfica (fresadora gravadora). a estrutura. Duplex (dois eixos-árvore simultâneos). Sendo assim. Especiais. Tipos de fresadoras Podem-se classificar as fresadoras de diversas formas. A fresadora é a máquina cuja ferramenta possui movimento de rotação e que permite movimentar a peça em um. Triplex. Fresamento sincronizado necessita de cuidados no acionamento e no avanço da mesa e dos carros. 209 O levantamento histórico indica que a operação de fresamento surgiu em 1918. As fresadoras são geralmente classificadas de acordo com a posição do seu eixo-árvore em relação à mesa de trabalho.3. Universal (pode ser configurada para vertical ou horizontal). Chaveteira (específica para fazer chavetas internas e/ou externas). Facilidade na operação: visor eletrônico de posicionamento. Dentadora (específica para usinar engrenagens).1. sendo que as principais levam em consideração o tipo de avanço. Omniversal (universal com a mesa que pode ser inclinada). Tem-se: Quanto ao avanço: Manual Automático (hidráulico ou elétrico) Quanto à estrutura: De oficina. Algumas exigências de projeto e construção de máquinas de fresar: As fresadoras devem ser projetadas para altas solicitações estáticas e dinâmicas. Vertical (eixo árvore perpendicular à mesa de trabalho). tem-se uma máquina elaborada para execução facilitada de peças prismáticas – ao contrário do torno que executa principalmente peças rotacionais (perfil de revolução). aplicação de comando numérico. as partes principais de uma fresadora podem variar . também chamada de ferramenteira (maior flexibilidade) De produção (maior produtividade) Quanto à posição do eixo-árvore: Horizontal (eixo árvore paralelo à mesa de trabalho). Copiadora (o apalpador toca um modelo e a ferramenta o reproduz na peça). O acionamento da árvore deve ser contínuo e sem folgas para evitar vibrações e permitir um tempo de vida alto para as fresas. a posição do eixo-árvore em relação à mesa de trabalho e a sua aplicação (OBS. Quanto à aplicação: Convencional. O posicionamento da árvore deve ser radial ou axial sem folgas. Por existirem diversos modelos. 25. três ou mais eixos (lineares e/ou giratórios). Multiplex. dois. mesa de trabalho é o lugar da máquina onde se fixa a peça a ser usinada). Possui as guias do movimento horizontal transversal. 25. A sela superior (Fig. as quais permitem o ajuste de algumas .5g). 25.5f). Quando se utiliza a configuração vertical.5e) gira em um plano horizontal em relação à inferior. 25.3. (b) desenho. 25. Normalmente os apoios possuem ajustes para nivelamento da máquina no piso.1. Costuma ser o alojamento do sistema de acionamento e também dos motores. muitas vezes. quando a fresadora estiver na configuração horizontal e com ferramenta longa. funciona também como reservatório de fluido refrigerante (Fig. 25. não costuma haver o console. Console: desliza pelas guias da coluna. Cabeçote vertical: dispositivo que se fixa na coluna da fresadora e conecta-se ao eixo-árvore. Mesa: desliza pelas guias da sela superior realizando o movimento horizontal longitudinal (Fig. 25. 25. Árvore: é o eixo que recebe a potência do motor e fornece o movimento de giro para a ferramenta.5a).210 de uma configuração para outra. a sela divide-se em duas partes denominadas sela inferior e sela superior.5i. o torpedo é deslizado para trás.4): (a) (b) (c) Figura 25. pois o movimento vertical é realizado pelo próprio eixo árvore. Sua finalidade é a de receber o suporte do mandril (Fig.5h). 25. Torpedo: é a estrutura montada sobre a coluna (Fig. alterando a configuração de horizontal para vertical.5d) desliza pelas guias do console. 25. Figura 25. Na fresadora ferramenteira. normalmente de configuração vertical. A árvore pode ser acionada através de correia e/ou engrenagens. realizando o movimento vertical da peça (Fig. permitindo-se inclinar a peça.1 Fresadora Omniversal Principais componentes da fresadora omniversal (Fig.5b). serão detalhados os principais componentes de uma fresadora omniversal de produção e alguns modelos comumente aplicados em ambiente industrial. A sela inferior (Fig. 25. Sela: na omniversal.4 – Configurações de uma fresadora omniversal: horizontal (a) foto. realizando o movimento horizontal transversal. Base: é o componente responsável por suportar toda a máquina e. (c) desenho vertical.5c). A superior possui as guias do movimento horizontal longitudinal. Possui as guias (barramento) do movimento vertical. Coluna: é a estrutura principal da máquina (Fig. Desta forma. Possui rasgos em “T” para fixação das peças e acessórios e canalizar o fluxo de fluido lubrirrefrigerante de volta ao reservatório. Aloja os mecanismos de acionamento da sela e da mesa. 6 . (g) torpedo (h) suporte do mandril (i) cabeçote vertical. 25.3. (f) Mesa.1.5 – Principais componentes. Pequeno porte: potências de 1 a 25 kW. em sua extremidade. Console para movimento vertical no qual o carro transversal faz a movimentação da mesa. Principais características: Coluna soldada na base. (b) vertical. 211 velocidades de rotação. Máquinas verticais: o acionamento principal está em um compartimento fixado na coluna. . (a) (b) Figura 25. Ela pode girar nos dois sentidos. Normalmente. Máquinas horizontais: a coluna possui o acionamento principal e tem o fuso principal. Figura 25. (c) Console. (a) base.6 mostra as fresadoras de console horizontal e vertical.2 Fresadoras de Console A Figura 25. há um cone (ISO ou Morse) para fixação direta de ferramentas ou de mandril porta ferramentas.Fresadoras de console: (a) horizontal. (d) sela inferior (e) sela superior (b) Coluna. O cabeçote possui dispositivos para troca de ferramentas no magazine. Potências de 2 a 15 kW.4 Fresadoras com Comando Numérico (Três Eixos) A Figura 25.7 ilustra uma fresadora universal (desenho e foto). 25. cabeçote de fresamento flexível. O carro possui um palete que pode ser trocado.3. Figura 25. Usinagem em todas as direções com ferramentas de geometrias complexas. Principais características: Base. Figura 25.3 Fresadoras Universais A Figura 25.212 25.7 – Fresadora universal. Fabricação de pequenas e médias peças. Movimento do cabeçote porta-ferramenta – eixo Z. Movimento vertical pelo carro – eixo Y. mesa giratória. .1.8 mostra uma fresadora com comando numérico e movimentação em três eixos.1.3.8 – Exemplo de fresadora com comando numérico (três eixos) Principais características: Movimento da coluna – eixo X. Fixação e ajuste da ferramenta na máquina Outro conjunto de acessórios de grande importância está relacionado com a fixação das ferramentas na máquina.2. calços (Fig. lógica e prática. É muito importante ressaltar que a instalação de alguns dispositivos e/ou acessórios na mesa de trabalho da fresadora deve ser realizada com muita atenção para evitar erros dimensionais na usinagem.3.9e). Neste cone pode-se fixar um mandril ou uma ferramenta de haste cônica. 25. 25. conciliando bom senso. 213 25.9 – Acessórios para fixação da peça na mesa de trabalho da fresadora. maior segurança nas operações de corte e evita vibrações indesejáveis. divisor universal e contraponto (Fig. As chavetas evitam o deslizamento. morsas (Fig. São eles: parafusos e grampos de fixação (Fig.3. cantoneiras de angulo fixo ou ajustável (Fig.9c). Há ferramentas de haste cônica que podem ser fixadas diretamente no cone de fixação do eixo- árvore. 25. é importante que se faça uma análise do projeto do componente que será usinado. 25.9a).9f). 25. Normalmente trata-se de fresas . Para garantir a fixação utiliza-se uma haste roscada que atravessa a árvore. que pode ser MORSE (menor esforço) ou ISO (maior fixação). (a) Parafusos e grampos de fixação (b) Calços (c) Cantoneiras (de ângulo fixo e ajustável) (d) Morsa (e) Mesa divisora (f) Divisor universal e contraponto Figura 25. Como já mencionado. A escolha de acessórios adequados proporciona economia de tempo de montagem/desmontagem. o eixo-árvore possui em sua extremidade um cone e chavetas. 25. 25.9b). Para que o ajuste nesta instalação seja feito adequadamente.3. Fixação e ajuste da peça na máquina Os principais acessórios utilizados em operações de fresamento relacionam-se à fixação da peça na mesa de trabalho. mesa divisora (Fig.9d). devido ao formato cônico. O mandril porta-pinça (Fig. Fig. Para ferramentas de maior porte. Fig. mas também pode ser utilizado em fresadoras.Observa-se na ponta a rosca onde se fixa a haste roscada. o mandril possui chavetas. 25. maior esforço de usinagem. A Figura 25. pois a pressão de fixação não será suficiente. Só podem ser fixadas ferramentas de haste cilíndrica e cujo esforço não seja elevado. A pinça é uma peça única com um furo central no diâmetro da haste a ser fixada e com diversos cortes longitudinais que lhe dão uma flexibilidade de fechar este furo em alguns décimos de milímetro. Durante o rosqueamento. mas com ressalvas. obriga a pinça a se fechar e fixar à ferramenta. que podem ser transversais (quando o mandril é curto. Para se fixar fresas menores que possuem outra dimensão de cone utiliza-se um mandril adaptador. Com relação ao mandril. .10e). a segunda (porca) é rosqueada no mandril. Também é indicado para ferramentas de haste cilíndrica. podem-se ter três tipos: universal (JACOBS.25. a pinça é forçada pela porca a entrar na cavidade do mandril e.10a.10d) ou longitudinais (Fig.10 – Acessórios para fixação da ferramenta na árvore da fresadora. é necessário uma maior garantia de que não haja um deslizamento entre o mandril e a própria ferramenta. mas permite uma força de fixação maior.10b). 25.214 relativamente grandes.10c) possui modo de trabalho similar ao JACOBS. porta-pinça e porta-ferramenta. 25. mostrado pela Figura 25.10f apresenta alguns comprimentos de mandril. e consequentemente. O mandril universal é muito utilizado em furadeiras manuais. Este mandril é composto de duas partes: a primeira (mandril propriamente dito) possui uma cavidade cônica que receberá a pinça de formato igual. (a) adaptador para ferramentas de haste cônica (b) mandril universal (c) mandril porta pinça e dois modelos de pinças (d) Mandril com chaveta transversal (e) Mandril com chaveta longitudinal (f) alguns comprimentos de mandril Figura 25. Nestes casos. As ferramentas mais estreitas são também chamadas de fresas de disco.1.1 – Diferentes tipos de fresa.2. Esta característica oferece uma grande vantagem das fresas sobre outras ferramentas: o menor desgaste. com insertos. PROCESSO DE FRESAMENTO: FRESAS 26. com dentes postiços. como mostra a Figura 26. Quanto à estrutura. Figura 26. Prof. ou de haste. Em muitos casos utilizam-se fresas com apenas uma aresta cortante. as fresas podem ser inteiriças. Introdução As fresas são ferramentas rotativas providas de múltiplas arestas de corte dispostos simetricamente ao redor de um eixo. 215 26. denominadas popularmente de bailarina.1. removendo intermitentemente material da peça. Alguns tipos de fresas podem ser vistos na Figura 26. 26. As fresas podem ser cilíndricas. André João de Souza . A primeira delas seria quanto à forma geral. cônicas ou ainda de forma. Quando os dentes não estão realizando o corte eles estão sendo refrigerados. Classificação de Fresas As fresas podem ser classificadas de várias maneiras.2. e isto permite que mantenham sua dureza. enquanto as ferramentas que possuem haste própria são denominadas de fresas de haste ou fresas de topo. Em situações específicas também pode ser necessário o uso de uma disposição não simétrica das arestas de corte para evitar ressonância. Os dentes helicoidais geram uma força axial. As que não possuem haste podem. Finalmente há as fresas com dentes postiços (insertos) que são similares às fresas calçadas. diamante ou cerâmicos podem ser trocados em caso de quebra ou desgaste. Para possibilitar usinagem de grandes superfícies sem o efeito da força axial deve-se recorrer a uma montagem de duas fresas de mesmo diâmetro e número de dentes. são de um material mais nobre. observado do lado do acionamento (de cima para baixo). podem-se classificar as fresas como inteiriças. ou seja. pois o dente não atinge a peça de uma só vez como acontece com os dentes retos.216 (a) inteiriça (b) calçada (c) com insertos (d) de haste (d) cilíndrica (e) de disco (f) angular (g) detalonada Figura 26. Têm-se as fresas de corte à direita (horário) e as fresas de corte à esquerda (anti-horário). soldados ao corpo. esta classificação só se emprega em fresas de haste fixa. Há também a fresa calçada. no setor denominado de ferramentaria. . Obviamente. ser fixadas tanto em um sentido como em outro. Neste segundo caso podem ser classificadas como simétricas (ângulos iguais) ou biangulares (ângulos diferentes). As fresas especiais normalmente são fabricadas pela própria empresa que as utiliza. e são denominadas fresas especiais. raios de concordância e outras formas específicas de cada caso. e para compensar esta força pode-se recorrer a uma fresa bi-helicoidal. Quanto à construção. como as fresas para encaixes tipo cauda de andorinha. Quanto aos dentes. a classificação depende do sentido de giro da ferramenta. Mas fresas bi-helicoidais só são possíveis em espessuras relativamente pequenas e com ângulos reduzidos de hélice. ou bi-helicoidais. ou são encomendadas em empresas especializadas em ferramentas. em geral. mas com hélices invertidas. ou possuir dois ângulos. onde toda a ferramenta é construída de um mesmo material. onde o corpo da ferramenta é de um material mais simples (aço-ferramenta) e as arestas de corte. ou seja. uma ferramenta que possui um dente afiado em um sentido e o seguinte afiado no inverso. Normalmente as fresas para cauda de andorinha possuem haste incorporada. metal-duro. superfícies côncavas ou convexas. As fresas de forma (detalonadas) possuem o perfil de seus dentes afiados para gerar superfícies especiais tais como dentes de engrenagem (fresa módulo). o corte é mais suave. podem ser retos. As fresas cônicas ou angulares podem possuir apenas um ângulo.2 – Exemplos de ferramentas de fresar. A diferença é que os dentes de aço-rápido. Quanto ao sentido de corte. enquanto as fresas biangulares não. Alguns autores classificam as cônicas como fresas de forma. como aço-rápido ou metal-duro. Os dentes helicoidais têm como vantagem uma menor vibração durante a usinagem. As mais comuns são as de aço rápido e metal-duro. helicoidais. é possível classificar a fresa em três tipos W. Dado ao fato de que as máquinas CNC modernas possibilitam rotações cada vez mais altas. 217 As fresas também podem ser classificadas quanto às faces de corte (o número de superfícies com afiação) e que definem em que direção a ferramenta pode avançar. Com isto. 73o e 10o): é mais resistente que a fresa Tipo W por ter passo menor (mais dentes). tenazes. apenas em sua superfície cilíndrica. Comumente usada em desbaste e semiacabamento de aços. mais resistente será a fresa. de cunha () e de saída () são os ângulos da fresa ( 90°). Fresas com grandes diâmetros (fresas frontais de facear. normalmente. Quanto à fixação. ilustrados na Figura 26. Esta fresa é indicada para a usinagem de materiais não ferrosos de baixa dureza. Tipo N ( 7o.4 e descritos nos itens subsequentes.3 ilustra as características geométricas de uma fresa frontal. Figura 26. tem passo grande (poucos dentes). . como visto no Cap. Os ângulos de folga (). É indicada para materiais de média dureza (rt 700 MPa). São estes ângulos que dão à ferramenta de corte uma maior ou menor resistência à quebra. Por outro lado. bronze e plásticos. as fresas inteiriças de metal-duro também têm sido uma opção para D < 20 mm. 26. e a de três cortes possui afiação nas duas faces e também na superfície cilíndrica. Para fresas de pequenos diâmetros (fresas frontais de topo com diâmetros inferiores a 20 mm). maior a facilidade de penetrar no material. Os diversos tipos de fresas são fabricados principalmente de aço-rápido e metal-duro. e em situações onde exista tendência à vibração prejudicial à operação. a de dois possui afiação em uma de suas faces e em sua superfície cilíndrica. pode-se ter fresas de haste cilíndrica ou cônica e fresas para mandril com chaveta longitudinal ou transversal.3 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma fresa frontal. quanto menor a abertura do ângulo . fresas cilíndricas de disco) são feitas de metal-duro (região de corte) com corpo de aço-ferramenta (mais barato). que geram cavacos longos como alumínio. Geometria da Fresa A Figura 26.3. 57o e 25o): por ter uma abertura de ângulo de cunha () menor. ou seja. 25. se poderá executar um fresamento tangencial (eixo paralelo à peça) e/ou uma fresamento frontal (eixo perpendicular à peça). o material utilizado geralmente é o aço-rápido (sem e com cobertura). N e H. Tipo W ( 8o. Têm-se fresas de um. Isto significa que quanto maior a abertura do ângulo . dois e três cortes: a de um corte possui afiação. assim. o que significa possuir um ângulo de cunha menor.218 (a) W (b) N (c) H Figura 26. 81o e 4o): tem passo pequeno (grande número de dentes e espaços entre os dentes pequenos). Por exemplo. consequentemente. em uma volta. remova uma quantidade significativa de material. o acabamento da peça fica muito bom e não existirá problema de entupimento entre os dentes). Por ser mais resistente que as fresas Tipo W e Tipo N. Material da Fresa A seleção do material da fresa se dá em função do material da peça: Ferro fundido: para o fresamento de ferros fundidos. mais espaço será necessário para a saída de cavaco. cada dente remove pouco material. Observa-se que fresas para materiais mais macios podem ter dentes menos resistentes. suponha que se precise usinar uma peça de aço. uma taxa razoável de remoção de material). menor volume dele será cortado por dente da fresa.4 – Tipos de fresas Tipo H ( 5o. Isto permite colocar menos dentes na ferramenta. o emprego de fresas (calçadas ou com insertos) com arestas de metal-duro resulta em uma aplicação mais econômica (Fig. os dentes deverão ter um ângulo maior para lhes conferir maior resistência. um z grande compensa uma n baixa e f z não precisa ser muito pequeno para se ter uma razoável vf e. é necessário que a fresa possua muitos dentes para que. Por ser mais duro que outros materiais. vf. menos cavaco será produzido por dente e menos espaço para a saída será necessário. Normalmente usada para ferro fundido (por causa do cavaco curto que se aloja bem nos pequenos espaços entre os dentes) e para operações de acabamento em aços (não se podem realizar desbastes. 26. como o alumínio. Insertos de cerâmica tem obtido grande sucesso no fresamento de ferro . Desta forma. Em uma fresa para materiais de alta dureza. se f z for mantido em níveis baixos. Além disto. como no caso de ligas de titânio (vc baixa significa n baixa. Já um maior volume por dente pode ser retirado de materiais mais moles. Permite alta taxa de remoção de material (pode-se aumentar f e. que será removido em grandes quantidades. Neste caso. deixando maior espaço para transportar o cavaco. esta fresa é indicada para usinar materiais duros e quebradiços (rt > 700 MPa). Portanto.5a). em virtude da natureza abrasiva dos mesmos. como vf fzzn. Também é adequada para o fresamento de materiais em que vc tenha de ser mantida em níveis reduzidos. Um dos problemas em usinar materiais moles com fresa com muitos dentes é que o cavaco fica preso entre os dentes e estes não são refrigerados adequadamente. pois o volume de cavaco removido fica limitado pelo espaço entre os dentes. mantendo-se fz no mesmo nível da fresa Tipo N). Isto acarreta o desgaste dos dentes e pode ainda gerar um mau acabamento da peça.4. 26. (a) (b) (c) (d) Figura 26. 26. estes fatores também causam a queima. com avanços pequenos e onde o conjunto máquina-peca-dispositivo de fixação é extremamente rígido (Fig. em muitas operações de alta velocidade. Entupimento com cavacos. Queima da aresta de corte. tampas de cilindro) estão sendo usadas arestas de diamante policristalino (PCD) sobre uma base de metal-duro (Fig. (d) PCD. A formação da cratera na superfície de saída da ferramenta (erosão na face do dente da fresa) é resultante da alta velocidade de corte e/ou da alta velocidade de avanço. é possível usar fresas especiais de aço-rápido. mas em geral são preferidas fresas com arestas de metal-duro revestido. Lascamento na aresta cortante. giro desuniforme da fresa. vidas superiores a 100 vezes a das arestas de metal-duro. Resultante do avanço excessivo. (b) cerâmica. As causas prováveis estão associadas com um avanço por dente (fz) excessivo. 219 fundido. São eles: Quebra dos dentes da fresa. Problemas no Fresamento Alguns problemas são correntes em processos de fresamento. Velocidade de corte excessiva aumenta a temperatura na região de corte causando a queima. Aços ao carbono e aços-liga: a dureza dos aços é em geral o fator determinante na seleção do material cortante. Se o material da peça é muito duro em relação ao material da ferramenta ou se a ação refrigerante do fluido de corte não está adequada. pastilhas de cerâmica. Insertos de PCD também são usados no fresamento de materiais não metálicos mais abrasivos.5 – Insertos para fresamento: (a) metal-duro. (c) aço-rápido. em geral as fresas de aço-rápido são mais econômicas. alcançando-se. Para materiais muito abrasivos. Para durezas acima de 500 HB usam-se com sucesso fresas com arestas de metal-duro ou.5b).5. 26. Para produções maiores usa-se metal-duro. Para durezas até 300 HB. com maiores velocidades de corte e avanços. em operações onde ocorrem impactos menos violentos. entupimento dos canais com cavacos. Não ferrosos: para pequenas produções.5d). da vibração (forçada ou regenerativa) ou do ângulo de folga () excessivo. como ligas de alumínio com alto teor de silício (p. o metal-duro é usualmente a melhor solução. Craterização da fresa. Para durezas entre 300 a 500 HB. 26. Outro fator . Ocorre por causa do espaço insuficiente para a retirada de cavacos. Não metálicos: como a maioria destes materiais é muito abrasiva.5c). ex. ou pela ferramenta estar “magnetizada”. usam-se fresas de aço-rápido (Fig. fresa sem corte (cega) e reafiação inadequada (quando for o caso). ou por não ter fluido de corte em alta pressão (facilita a expulsão). 26. 6 – Falhas típicas da ferramenta de corte em fresamento.7b). Quando a aresta cortante sai da peça. de uma ferramenta desgastada.7a). 26. dentre outros procedimentos. Para evitá-las pode-se. causando microlascamentos na aresta de corte (Fig. Essas variações de temperatura resultam em tensões que podem causar trincas (ou fissuras) térmicas. bem como o dimensionamento da geometria da ferramenta a fim de que ela possa resistir a esses fenômenos. 26. ela se resfria em contato com o meio lubrirrefrigerante.6 mostra as falhas comuns encontradas em fresas (desgastes e avarias combinadas). O crescimento das trincas pode levar à quebra da ferramenta. a aresta de corte sofre um impacto. Variações da temperatura: quando uma aresta de corte está em contato com a peça realizando a remoção de material. Variação dos esforços mecânicos: no momento da entrada da ferramenta. a distribuição de temperaturas é irregular. de uma ação lubrificante do fluido de corte inadequada ou de um fresamento discordante. Figura 26. Essas características exigem maior cuidado com a tenacidade e resistência ao choque térmico da pastilha. a mesma se aquece. Isso poderá causar trincas mecânicas por fadiga no material. A rugosidade excessiva da superfície usinada por fresamento pode ser resultante de um avanço por dente (f z) excessivo.220 que causa a craterização é um reduzido ângulo de saída () o qual incentiva o atrito do cavaco com a face do dente da fresa. Acabamento áspero. (a) (b) Figura 26.7 – Fraturas na fresa: (a) fissuras térmicas. . A soma das trincas de origem térmica com as trincas de origem mecânica resulta em um tipo de deformação na cunha cortante da ferramenta denominada sulco em forma de pente. A Figura 26. (b) microlascamentos. deve-se escolher uma ferramenta mais tenaz. de uma velocidade de corte muito baixa. Estas avarias ocorrem paralelamente à aresta de corte. Estas avarias ocorrem perpendicularmente à aresta de corte (Fig. diminuir o avanço por dente e posicionar a fresa corretamente em relação à peça. Como a espessura de corte é variável. pois as forças de corte crescem rapidamente e depois variam conforme a direção e espessura do cavaco. classifica-se a operação em: fresamento tangencial (ou periférico) e fresamento frontal.1) tem as seguintes vantagens: vida mais longa da ferramenta (menor desgaste da fresa). de velocidades de corte de 18000 a 300000 m/min). ressaltos. Usualmente a peça efetua o movimento de avanço. o fresamento é um processo de usinagem no qual a remoção de cavaco se dá de maneira intermitente pelo movimento rotativo da ferramenta multicortante (múltiplas arestas de corte) gerando superfícies das mais variadas formas geométricas. O corte inicia-se com a espessura máxima do cavaco (hDmax) e a força de corte tende a apertar a peça contra a mesa (o ângulo de contato do dente () começa de um valor máximo e decresce até zero). para velocidades de corte de 600 a 1800 m/min). a operação é classificada em: fresamento horizontal. Quanto aos métodos de fresar superfícies segundo a disposição dos dentes ativos da fresa. o sentido de rotação da fresa é o mesmo do avanço da peça no ponto de contato. Fresamento Concordante No fresamento concordante ou para baixo. o centro de usinagem executa um programa de 3-eixos com a ferramenta de corte travada em uma posição em ângulo desejada. Já em processos com 5 eixos simultâneos (sistema mais moderno). o processo usa o 4° e o 5° eixo para somente orientar a ferramenta de corte numa posição fixa em vez de movê-la continuamente durante o processo de usinagem. em baixa velocidade (entre 10 e 500 mm/min). roscas. De acordo com o movimento relativo entre a peça e a ferramenta. cujas velocidades de corte variam de 1 a 600 m/min). tanto a peça como a fresa podem assumir movimentos relativos. Em máquinas CNC. girando a uma velocidade relativamente alta (da ordem de 10 a 150 m/min21). composta por velocidades de corte de 1800 a 18000 m/min) e UHSM (Ultra High Speed Machining. enquanto a fresa. Prof.2. HSM (High Speed Machining. independentes ou combinados. fresamento concordante ou fresamento combinado. pode-se ter fresamento discordante. na qualidade dos acabamentos superficiais. permitindo a realização de uma ampla variedade de operações. gerando superfícies planas ou curvas. As vantagens do processo de fresamento residem na variedade de formas que podem ser produzidas. 221 27. com isso. VHSM (Very High Speed Machining. nas altas taxas de remoção de material (alta produtividade) e na disponibilidade de ampla variedade de ferramentas. Y e Z) e dois eixos rotativos (A e B) que são capazes de trabalhar todos ao mesmo tempo para executar usinagens complexas. ranhuras. PROCESSO DE FRESAMENTO: OPERAÇÕES DE CORTE 27. mantendo o eixo de giro em uma posição fixa 22. 27.1. que podem ser construídas ou associadas para produzir superfícies bastante complexas. 21 Qualquer tipo de usinagem pode ser enquadrado em 4 categorias: LSM (Low Speed Machining. Introdução Como citado anteriormente. 27. De modo geral. Segundo a posição do eixo-árvore da máquina-ferramenta. 22 Em processos com 3 + 2 eixos. André João de Souza . fresamento vertical ou fresamento inclinado. o corte concordante (Fig. engrenagens e outras configurações. a máquina possui três eixos lineares (X. realiza o movimento de corte. (a) (b) Figura 27.222 melhor acabamento da superfície usinada. ela poderá gerar vibrações indesejáveis. 27. no ponto de contato. Figura 27.1 – Fresamento concordante. caminho mais curto da aresta durante o corte (redução da ordem de 3%. Se a peça for longa e estiver presa pelas extremidades. ou convencional. Isto faz com que o corte do cavaco se inicie com a espessura mínima (hDmin) (o ângulo de contato do dente () cresce de zero a um valor máximo). Com isso.3. No movimento concordante esta folga é empurrada pelo dente da fresa no mesmo sentido de deslocamento da mesa (esforço de corte). o sentido de rotação da fresa é contrário ao sentido de avanço da peça. Fresamento Discordante No fresamento discordante. o movimento torna-se mais uniforme.2b). . Entretanto. 27. com redução correspondente do desgaste da fresa). que com o tempo e desgaste apresentam uma folga.2 – Sistemas de avanço da mesa da fresadora: (a) por fuso/porca. Este inconveniente pode ser corrigido diminuindo-se as folgas fuso/porca ou utilizando-se fusos de esferas recirculantes (máquinas CNC). ou para cima. Desta forma a mesa pode executar movimentos irregulares (vibração) que poderão prejudicar o acabamento da peça e até mesmo quebrar os dentes da fresa (Fig. A Figura 27. menor força e potência para o avanço. A força de corte tende a levantar a peça da mesa.3 ilustra este método de fresamento. (b) por fuso de esferas recirculantes. já que não há a possibilidade de folga no sistema de avanço por fuso/porca no deslocamento da mesa. é a forma menos indicada de fresamento em máquinas convencionais que trabalham com o avanço da mesa baseado em fuso/porca. gerando melhor acabamento nessas máquinas. onde não existe folga e todo contato entre fuso e porca é feito através de esferas (Fig.2a). Essa é a forma mais indicada de fresamento em máquinas convencionais. 27. Há também tendência de adesão de cavacos nas arestas. A seção transversal da superfície fresada corresponde ao contorno da fresa ou à combinação das fresas. 27. Fresamento Combinado Ocorre quando a fresa tem seu eixo dentro do campo de corte da peça.5). o início do corte é difícil. fresas cilíndricas ou fresas tangenciais. 27. a aresta de corte começa encruando o material a ser cortado (compressão do material da peça pela fresa). .4 – Fresamento combinado Este corte combinado ocorre na maioria dos processos de fresamento frontal com fresa de topo. o eixo de rotação da fresa é paralelo à superfície da peça que está sendo usinada. Isso determina uma vida menor das arestas nesse tipo de corte. 27. Parte Discordante Parte Concordante Figura 27.4). Desta forma parte do corte ocorre através da fresamento concordante e parte através da discordante (Fig.5. As ferramentas de corte são chamadas de fresas de disco. A superfície usinada é gerada pela aresta principal de corte. Como o corte inicia-se com pouca espessura. até que sejam superadas as deformações elásticas e realmente inicie-se o cisalhamento do material. O material inicial é mais duro pelo encruamento produzido pelo dente precedente. Fresamento Tangencial No método tangencial ou periférico. o fresamento tangencial é realizado em fresadoras horizontais (Fig. a aresta de corte escorrega sobre a peça. Usualmente. Porém. 223 Figura 27. Na realidade.4. A largura de corte ap (b ap) é substancialmente maior que a penetração de trabalho ae. este tipo de fresamento costuma desgastar um pouco mais a ferramenta. Como resultado. 27. provocando desgaste abrasivo.3 – Fresamento discordante. O ângulo de contato do dente com a peça () pode ser dado por: D 2 ae 2 ae cos 1 (27. A penetração de trabalho ae é substancialmente maior que a profundidade de corte ap. 27. .6). A superfície fresada é plana.5. Em geral. o fresamento frontal é realizado em fresadoras verticais (Fig.2) D D 27. (b) fresa de disco. Ela é caracterizada pelas raias de usinagem deixadas pelos dentes.6 – Fresamento frontal em fresadora vertical com: (a) fresa de topo. deve ser preferida sempre que possível.224 ae fz (a) (b) Figura 27. 27. tem-se que: 2 a a h D max f z sen 2 f z e e (27. Forma do cavaco produzido No fresamento tangencial. (a) (b) Figura 27. Fresamento Frontal No método frontal.6.1) D D Assim. (b) cabeçote fresador (fresa frontal). o cavaco tem a forma de uma vírgula com a espessura de corte (h D) variando de um valor máximo a zero (corte concordante) ou de zero a um valor máximo (discordante). sem qualquer relação com o contorno dos dentes.5 – Fresamento tangencial em fresadora horizontal com: (a) fresa cilíndrica.1. As ferramentas de corte são chamadas de fresas de topo ou fresas frontais. Pela sua alta produtividade. o eixo de rotação é perpendicular à superfície da peça. de acordo com o avanço por volta f e por dente f z. A direção das forças radiais de corte variará à medida que a aresta cortante penetrar na peça. como mostra a Figura 27. (b) simétrico tipo faceamento. (d) assimétrico com parte da superfície sendo fresada. Simétrico em relação ao eixo de simetria da peça em usinagem: Fresamento de rasgo ou canal com fresas de topo: quando ae D e 180° (Fig.8b).6. podem-se ter formas de cavaco diferentes.1. que são decorrentes da geometria do processo. o que poderá levar a vibrações e à quebra prematura da mesma. Simétrico Assimétrico (a) (b) (c) (d) Figura 27.7 – Geometria do cavaco. 27. Forma do cavaco produzido Os cavacos do processo de fresamento são geralmente curtos e de segmentos descontínuos. . A Figura 27. a espessura de corte hD cresce de um determinado valor na entrada (h Dmin 0) a hDmax fz e depois volta ao valor inicial (hDmin 0). 27. (c) assimétrico com toda a superfície sendo fresada. 225 27.7 mostra a geometria de um cavaco para o fresamento discordante. a espessura de corte hD cresce de hDmin 0 a hDmax fz e depois volta a hDmin 0 Fresamento comum com fresas de facear: quando ae D e 2arcsen(ae/D) (Fig.8. A espessura de corte varia de zero a um máximo no corte discordante e de um máximo a zero no corte concordante. O problema é minimizado quando se tem mais de um dente que atua simultaneamente no corte simétrico.8 – Tipos de fresamento frontal: (a) simétrico tipo rasgo. No fresamento frontal. Figura 27.8a). O corte assimétrico é vantajoso quando o diâmetro da fresa é grande em relação à largura da peça. que operam com avanços por dente e profundidades de corte reduzidas (fz = 0. utiliza-se a aresta secundária ativa. 27. Fresas frontais convencionais. respectivamente). pois se tem um maior número de dentes simultaneamente no corte. 27. (b) com arestas largas. Fresamento de Acabamento Fino Na operação de acabamento fino. consequentemente. que possuem um número reduzido de dentes (z = 1 a 7 dentes) e que operam com profundidades de corte muito reduzidas (ap = 0. Usam-se basicamente insertos de cerâmica. pois desta forma o choque fica minimizado. r’=0 (aresta secundária paralela à superfície usinada).226 Se a ferramenta usada for tenaz. Neste caso. portanto.7. ela será mais resistente ao choque e ao lascamento gerado por ele. O comprimento do chanfro da aresta secundária é da ordem de 2 a 3 mm. Com isso.30 a 1 mm. Assim. o corte simétrico passa a ser mais interessante. cujas arestas secundárias têm um raio de curvatura grande (da ordem de 12 m) para facilitar o pré-ajuste da ferramenta (Fig. Assimétrico com fresas de facear: Pode ser concordante (se a maior parte da espessura for decrescente) ou discordante (se a maior parte da espessura for crescente. aumenta a espessura de corte hD na entrada do dente de corte e. em que este valor pode ir até 10 a 15 mm.8d).05 a 0. o corte assimétrico com pequeno é mais vantajoso. . (c) combinada. assim.27. como o desgaste será o fator que determinará o fim de vida da fresa. um corte mais suave (menor vibração). À medida que cresce. como mostra a Figura 27. Fresas frontais com arestas de corte largas.9.9 – Fresas frontais de acabamento: (a) convencional.50 mm/dente e ap = 0. Neste caso. menores esforços de corte por dente e. o desgaste também.30 a 0. e são providas de grande número de dentes (z = 10 a 60 dentes). isto é. a variação da direção da componente radial da força de usinagem é bem menor.20 mm) e avanços elevados (fz = 0. 27.05 a 0. não há mais necessidade de se ter pequeno. salvo no caso de fresas especiais de acabamento. Pode ser usado também para fazer rebaixos. No caso em que as avarias forem o fator predominante para o fim de vida da fresa (trincas mecânicas). (a) (b) (c) Figura 27. Distinguem-se três tipos de fresas de acabamento fino. Figura 27. cresce a energia do choque.9b).8c e Fig.20 mm/dente). pois o contato ferramenta/peça é menor e.9a. Fig. coberturas bastante resistentes ao desgaste e aresta de corte otimizada. pois o aumento da velocidade de avanço (com pequenas espessuras de corte e altas taxas de remoção de material) leva à minimização do aquecimento da peça. Fresamento HSM de Moldes e Matrizes O desenvolvimento da tecnologia HSM (High-Speed Machining ou ainda High-Speed Milling) ocorreu principalmente pela necessidade da indústria de moldes e matrizes obter produtos com um melhor acabamento superficial. ferramentas de corte com substratos de microgrãos específicos para cada situação. deve-se proceder a retificação ou a lapidação do conjunto de arestas de corte a fim de obter uma adequada precisão de giro (inferior a 5 m). que são recuadas radialmente em relação aos dentes normais e avançados de 0.1 a 0. A eliminação de trabalhos manuais em decorrência de um melhor acabamento final conseguido por HSM é de extrema importância para as empresas que trabalham com essa tecnologia. 27. ap2 = 0. Consequentemente. 27. costuma-se diminuir a espessura do cavaco – mediante a diminuição do avanço por dente (fz) – combinada com uma pequena profundidade radial de corte (a e). combinada com a alta rotação da ferramenta (n) necessária para obter alta “vc” com ferramentas de diâmetros (D) pequenos. além de um melhor acabamento superficial das peças. assim. maior taxa de aceleração e desaceleração. após determinada v c.05 mm. cuidados específicos na fixação da ferramenta.8. em alguns casos. no acabamento. o ajuste da altura dos vários dentes da fresa tem importância excepcional. além de serem extremamente morosas. pois essas. arestas largas: z2 = 1 a 2 dentes. Segundo estudos iniciados por Salomon (1931). Se não forem usados porta-ferramentas especiais com possibilidade de ajuste extrafino. em um menor espaço de tempo. compense a lentidão causada pelos baixos valores de f z e ae.0 mm e fz1 = 0. As operações de acabamento em moldes e matrizes são realizadas por ferramentas de ponta esférica de pequeno diâmetro e elevado comprimento. que possuem arestas que associam as vantagens dos dois tipos anteriores (convencional: z1 = 20 a 30 dentes. Para se evitar este problema. Como principal benefício da aplicação do fresamento com altas velocidades na fabricação de moldes e matrizes pode-se destacar a redução ou. para gerar o acabamento de alta qualidade. O fresamento HSM não está baseado simplesmente na velocidade de corte. O comprimento das arestas de acabamento deve corresponder ao menos 1. rotação. ap1 = 0. A velocidade de corte.5 a 2.03 a 0. já que uma . velocidade de avanço. vc = 300 m/min para usinagem de aço com ferramenta de metal-duro). observa-se um aumento de vida útil de moldes e matrizes de cerca de 10 vezes quando fabricadas com processo HSM. Outro importante aspecto positivo da HSM é a diminuição no tempo das operações mecânicas de acabamento. a total eliminação das operações de eletroerosão e polimento. deve ser alta.03 a 0.9c). para assegurar uma boa qualidade superficial (por exemplo. Isto ocorre.05 mm em sentido axial.3 mm/dente. têm um impacto nas precisões dimensional e geométrica das peças fabricadas. A alta velocidade de corte (vc > 300 m/min).5f [mm/volta] (Fig. O processo requer: uma máquina-ferramenta adequada do ponto de vista de rigidez. as temperaturas de usinagem começavam a decrescer. A ferramenta dispõe neste caso de apenas uma ou duas arestas de corte largas. recursos no comando para processamento das informações. o que diminui a estabilidade e induz vibração ao sistema. fz2 = 2 a 5 mm/dente). faz com que a velocidade de avanço seja muito alta e. na geração de estratégias de corte e na correta capacitação das pessoas envolvidas. Para o acabamento. 227 Fresas frontais combinadas. Um dos principais parâmetros a observar durante o acabamento em aço-ferramenta endurecido por meio de HSM é utilizar pequenas profundidades de corte axial (ap) e radial (ae). pois ele depende da rotação para certa velocidade de corte. Ferramentas com insertos intercambiáveis de metal-duro em HSM podem ser aplicadas com bons resultados. para aumentar a estabilidade e a resistência à flexão (principalmente se a razão balanço/diâmetro for grande). a interação entre a ferramenta e a peça varia continuamente e não pode ser calculada analiticamente. Essa ferramenta (fresa de topo com ponta esférica) é amplamente utilizada no fresamento de superfícies complexas (formas livres) devido à possibilidade de se alterar o ponto de contato da ferramenta com a superfície a partir da variação do ângulo entre esta e o eixo da ferramenta. restringindo-se apenas para condições especificas. Ademais. levando a níveis térmicos suportáveis pela aresta de corte deste tipo de material. . Algumas desvantagens. pois se tem uma situação em que altas velocidades de corte tendem a aumentar o calor gerado.10. isto geralmente pode ser prejudicial ao processo de usinagem. é um impeditivo para a aplicação em larga escala do processo HSM. haverá graves erros de cálculo no avanço. o que faz com que a v c real varie constantemente (Fig. principalmente ae (em que pequenos ângulos de contato são gerados). as quais requerem altas rotações para que a espessura de cavaco se mantenha aproximadamente iguais aos valores usados em usinagem convencional. por outro lado. O diâmetro real ou efetivo de corte da ferramenta (D e) neste caso varia de acordo com ap. Portanto. Isso serve para evitar uma deflexão excessiva da ferramenta de fixação/corte. reduzindo os efeitos do calor proveniente do corte no componente usinado. faz-se necessário um bom planejamento e pessoas que dominem os parâmetros do processo HSM antes de realizar investimentos precipitados para sua aplicação na indústria. o diâmetro nominal da ferramenta (D) não corresponde ao diâmetro em contato com a superfície usinada. baixos valores de ap e.228 grande parcela do calor gerado durante o processo de corte é dissipada juntamente com o cavaco. altas taxas de avanço (f) são necessárias. Além disso. como o elevado custo de manutenção da máquina-ferramenta. Como várias vezes esta região atua no corte quando se tem fresamento em três eixos. Devido à complexidade geométrica. com D e com a curvatura da superfície da peça. Fresa de topo de ponta esférica. Para evitar acréscimo de tempo pelo uso de baixos valores de ap e ae.10). 27. Caso contrário. a máxima vc deve ser calculada considerando o máximo De da ferramenta. Ao usar fresas com insertos intercambiáveis. tendem a reduzir o calor gerado. o centro da ponta da fresa tem velocidade de corte zero. De = 2 a p (D a p ) Figura 27. é interessante que elas possuam hastes feitas em metal pesado. mantendo um alto nível de tolerância e precisão geométrica na matriz ou molde usinado. Na fabricação de moldes e matrizes. Prof. o acabamento da superfície fresada. já que esta influencia pouco no desgaste da fresa e seu aumento provoca um incremento proporcional na remoção de material.4). 13. Profundidade de corte Do ponto de vista econômico. a potência da máquina etc. deve-se utilizar ao máximo o comprimento das arestas. use um ângulo r grande (b pequeno) = baixa força Fz.2.1. Com peças de paredes finas e instáveis. diferentes fatores precisam ser analisados. deve-se usar um ângulo de posição r pequeno (b grande) = alta força axial (Fz). velocidade de corte (vc) e número de dentes da fresa (z). em fresas de topo (fresamento frontal) e fresas de disco (fresamento tangencial).1. André João de Souza . avanço por volta (f). como o tipo da fresa. Condições Econômicas de Usinagem Os principais fatores a serem levados em conta na seleção das condições de usinagem no fresamento são: profundidade de corte axial (ap).1. Entretanto. Figura 13. 229 28. Assim. 28. é necessário obedecer à recomendação de que a largura de usinagem (b ap/sen r) deve ser menor que 2/3 do comprimento total da aresta de corte da fresa para se evitar vibrações23 (vide Fig. o material da ferramenta.1. Avanço Para a escolha do avanço em fresamento.4 – Influência do ângulo de posição na estabilidade relativa da fresa. deve-se usar a maior profundidade axial de corte (ap) possível. 23 Com longos balanços da ferramenta. 28. PROCESSO DE FRESAMENTO: DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE USINAGEM 28. 1 – Ângulo de contato do dente com a peça no fresamento tangencial com fresa de diâmetro D. 2 a e1 2 a e2 arcsen arcsen (28.20 mm (dependendo da dureza do material e da geometria de corte) para o fresamento tangencial e superior a 0. 28.2) D D Figura 28. No fresamento frontal (Fig.1) D Figura 28. o avanço não é diretamente proporcional à força de corte.3. 28. o ângulo pode ser calculado pela Equação (28.2 – Ângulo de contato do dente com a peça no fresamento frontal com fresa de diâmetro D.1. Consequentemente.2). 2 ae arccos 1 (27. O cálculo da espessura média do cavaco é dado pela Equação (28.1): 360o f z a e hm senr (28. 12. mantendo-se o avanço (f) constante. Velocidade de corte Uma alteração da velocidade de rotação (n) da fresa visando mudar a velocidade de corte (v c) vai ocasionar uma alteração no avanço por dente (f z) – se a velocidade de avanço (vf) não for modificada na mesma proporção.3): . o ângulo de contato do dente pode ser calculado pela Equação (27.2) assimétrico. o aumento do avanço por dente (fz) acarreta uma diminuição da potência consumida.1). a espessura média do cavaco (hm) deve ficar entre 0.1). visto que. Mantendo-se a mesma taxa de remoção de material.10 mm para o fresamento frontal. não é diretamente proporcional à potência consumida.1) D No fresamento tangencial (Fig. uma fresa com poucos dentes consome menos potência que uma fresa com muitos dentes. Para que a pressão específica de corte não cresça demasiadamente. pois a pressão específica de corte diminui com o aumento do avanço. 28.230 Como foi visto no Cap. conforme Equação (28.04 e 0. Assim. para uma mesma taxa Q. mantendo-se o mesmo fz. o que provocará um aumento da pressão específica de corte ks por dente. Com isto.1. o grande objetivo na escolha da v c mais adequada ainda recai sobre obter uma vida econômica para a ferramenta de corte (fresa). Número de dentes da fresa Uma fresa com muitos dentes (z grande) consome mais potência que uma fresa de poucos dentes (z pequeno). 25. Outros fatores de escolha do número de dentes da fresa são: Material da peça: materiais que geram cavacos longos no corte exigem um espaço maior entre dentes da fresa. existe uma série de fatores que afetam o consumo de potência para uma determinada operação de fresamento. é sempre bom manter pelo menos dois dentes da fresa atuando simultaneamente no corte do material. melhor o acabamento da superfície usinada da peça.5. que são executadas com ferramentas de geometrias e diâmetros diferentes. Para exemplificar. é preciso analisar alguns outros fatores além dos usuais. pois esta ocorre também. pode‐se considerar a diferença entre o desbaste pesado em uma peça de aço versus o faceamento de acabamento de uma peça de ferro fundido. mais energia será necessária para remover o material a uma velocidade de corte maior. Como o volume de material removido por unidade de tempo se mantém. em peças complexas sujeitas a operações de acabamento em torneamento.3) vc D Uma modificação de fz altera a espessura média do cavaco (hm) (vide Eq. no fresamento. 15).3 z vf f n f z z n fz (28. Potência de corte Por causa das características do fresamento. incentivando os mecanismos de desgaste (vide Cap. Tamanho da peça: para evitar vibrações indesejadas. 28. Isso mostra que no fresamento. a potência de corte consumida varia a todo instante. por exemplo. Apesar disso.4. incentivando ainda mais a ocorrência de trincas e lascamentos de origem mecânica na aresta de corte. ao escolher vc.1. Tal variação na potência é então provocada pela ação de um ou mais dentes no corte do material e pela variação da espessura do cavaco.6) Um incremento de vc sem modificação em vf gera uma diminuição de fz e. Existem formas diferentes e bastante .1) e uma mudança de vf altera a taxa de remoção de material (Q) (vide Eq. em que este é uma das últimas etapas visto que os detalhes na peça já foram realizados previamente. consequentemente. ocorrerá um aumento da potência consumida. principalmente porque vc tem mais influência sobre os desgastes da ferramenta que f e ap. Esta variação não é ocasionada pelo corte interrompido. o incremento de v c aumenta a força de impacto do dente da fresa contra a peça. Q [mm3 /min] a p a e vf (25. 28. quanto maior z para um determinado f. por conseguinte.6). Em fresamento. Além de toda a influência que vc exerce sobre a temperatura de corte. 28. 231 vf 318. já que na 1ª. redução da espessura média do cavaco (hm) sem alterar Q. o fz (e o hm) é menor que na 2ª. Estabilidade do sistema máquina /fresa/dispositivo de fixação/peça e o acabamento desejado: quanto menor fz e. aquele que exerce maior influência no acabamento da superfície usinada e na tolerância dimensional é a deflexão da ferramenta de corte no fresamento de topo.1. tração) 180 900 0.6. 28.6): . no entanto.25 1700 Aço baixa liga (< 5% elementos) 175 1700 Aço alta liga (> 5% elementos) 200 1950 Aço inoxidável ferrítico / martensítico 200 1800 0.28 Ferro fundido cinzento ( resist.55% C) 150 1600 Aço sem liga (0.80% C) 170 0.5) 60 106 onde: Q = taxa de remoção de material [mm3/min]. A exatidão no processo de acabamento é.Valores dos parâmetros y e Ks1 para diferentes materiais Material Dureza [HB] y Ks1 Aço sem liga (0.232 complicadas de calcular a potência necessária para estas duas operações.10 a 0. A altura desta ondulação define a rugosidade máxima teórica Rtteórica [m] que é calculada a partir do diâmetro da fresa D [mm] e do avanço por dente fz [mm]. o dimensionamento da potência requerida para a máquina pode ser feito através do cálculo da potência média. portanto.4) que: K s1 K sm (28.1.4) h my Os valores de Ks1 e z para o fresamento de alguns materiais são dados pela Tabela 28. sobretudo quando o número de dentes simultaneamente no corte é alto. a potência média de corte Pc [kW] consumida pelo processo é dada pela Equação (28. há algumas equações aproximadas com as quais se tem um valor de referência. O fresamento tangencial produz uma superfície ondulada. Tal deflexão varia durante todo o processo.25 a 0. pelo diâmetro e pelo comprimento da fresa. Geralmente.5): K sm Q Pc [kW] (28.55 a 0. tração) 245 1100 Com isso. Tabela 28. tem‐se pela Equação (28. Qualidade de Peças Fresadas Dentre os erros associados às variações das forças de usinagem. Assim.1 .25% C) 125 1500 Aço sem liga (0. Essa rugosidade máxima teórica pode ser dada pela Equação (28. tanto na usinagem de segmentos retos quanto na usinagem de cantos. que é causada pela variação das forças de corte. tanto na operação de fresamento tangencial como na operação de fresamento frontal.21 Aço inoxidável austenítico 200 2000 Ferro fundido cinzento ( resist. a potência média de corte é calculada através do uso de um valor médio de K s (Ksm) calculado utilizando‐ se um valor médio da espessura do cavaco. fortemente influenciada pela deflexão da ferramenta. Desta forma. Percurso da Ferramenta e Tempo de Corte Os percursos são considerados nas direções dos movimentos durante um tempo desejado de evolução do processo. como o aço inoxidável austenítico. Fixação e/ou rigidez deficientes da peça. 25 f z2 (28. o valor de Ra [m] é determinado pela Equação (28.8): R a [m] 500 r r2 0. que não recebe influência de efeitos ocasionais.2.3 ilustra os percursos de corte (Lc). dentre os parâmetros de rugosidade.6) 4D A rugosidade máxima real. pois somente a aresta que gira no maior diâmetro realiza o corte mais profundo que gera a rugosidade. o valor de R a [m] é calculado teoricamente em função do avanço por dente fz [mm] e pelo diâmetro da fresa D [mm]. para que se evite o encruamento da superfície. e a rugosidade máxima cresce substancialmente. Para uma operação de fresamento tangencial. Condições operacionais da máquina‐ferramenta: se a rotação da fresa for excêntrica (excentricidade do eixo‐árvore). A Figura 28. a penetração de trabalho não pode diminuir demais. é um parâmetro estável. o mais utilizado é o Ra (Roughness Average). Desgaste não‐uniforme das arestas. que tem um importante efeito na deflexão da ferramenta. em especial. é sempre maior ou igual à teórica. 27). no entanto.7): 1000 f z2 R a [m] (28. Fluxo de saída de cavacos irregular. amplamente empregado na indústria em controle de processos. a rugosidade é diretamente influenciada.7) 9 3D Para uma operação de fresamento frontal. Portanto. 233 1000 f z2 Rt teorica [m] (28. fz passa a ser igual a f. para fins de rugosidade.8) Como já mencionada. Como representa um valor médio. no corte de materiais que têm alta taxa de encruamento. . que podem gerar vibrações que são reproduzidas na superfície da peça. conforme Equação (28. de avanço (Lf) e efetivo (Le) na operação de fresamento tangencial discordante. pois outros fatores também influem no seu valor. a utilização do fresamento concordante pode melhorar o acabamento da peça por causa da diminuição da vibração (vide Cap. No entanto. Foi mencionado no Cap. Outras ações que podem melhorar o acabamento são o uso adequado de fluido de corte (principalmente na usinagem de materiais que têm tendência ao empastamento) e a diminuição da profundidade de corte radial (a e) no fresamento tangencial. no desgaste da ferramenta. 28. tais como: Posicionamento irregular das pastilhas no sentido radial. 16 que. Figura 28. Figura 28.3 – Percursos da ferramenta na operação de fresamento tangencial discordante. como mostra a Equação (28. O tempo unitário (t1) é o tempo total gasto por uma peça.10) O tempo do lote (tL) é o tempo gasto para se usinar um lote de peças.4 – Percurso de avanço para um canal no fresamento frontal com fresa de topo Se o canal não atravessasse todo o comprimento da peça. Depende do tempo unitário (t1).4 apresenta um esquema geral para a usinagem de um rasgo (ou canal) que atravessa a peça no fresamento frontal com fresa de topo.9) vf [mm/min] O percurso de avanço (Lf) deve ser analisado em cada situação. Eq. De forma geral tem-se a seguinte relação: Lf [mm] t c [min/peça] (28.10): t1 [min] t c [min] t p [min] (28. Calcula-se por meio da soma do tempo de corte (tc) com o tempo de preparação da peça (tp). A Figura 28.234 O tempo de corte (tc) é um dos principais parâmetros analisados quando o objetivo é a otimização do processo. pode-se considerar que Lf é a soma do comprimento da peça mais o diâmetro da ferramenta ( 2R). então o percurso de avanço seria o próprio comprimento do canal. (28.11): . Neste caso será necessário calcular o tempo de corte (tc) de cada uma destas etapas e somá-las. É comum também ter situações onde a usinagem da peça envolva diferentes velocidades de avanço (vf) em diferentes etapas. Para fresas com pequeno diâmetro. da quantidade de peças do lote (Qdd) e do número de máquinas que farão o lote (N maq). desconsiderando-se a folga inicial e a final. 0 mm.11) N 60 maq A produtividade (Pr). definida como peças/minuto (ou outra unidade de tempo).2. a) Dados do problema: Material: Aço ABNT 1045 (Ks1 = 1600 N/mm2. velocidade de corte de 175 m/min e avanço por dente de 0.25) Tamanho do lote: Qdd = 500 peças Cavidade circular em fresamento frontal: 54 mm / ap = 5. Qual o tempo de usinagem (horas e minutos) do lote. Equação (28.12) t c [min/peça] 28. Deverá ser utilizada a maior velocidade de avanço possível.0 mm . A velocidade de avanço de aprofundamento será de 1/4 da velocidade de avanço normal. e 15 mm de altura. considerando o tempo de setup entre peças de 30 segundos em média.12): 1 Pr [peças/min] (28. inteiriças de metal‐duro. O material da cavidade será removido em duas etapas de 2.1. também é utilizada como parâmetro na otimização do processo.1 mm. com 04 arestas de corte. 235 Qdd t1 [min] t L [h] (28. De acordo com o processo de fabricação elaborado. facilitando a comparação entre máquinas.5 mm de profundidade. y = 0. Observe que a posição inicial e a final da ferramenta são as mesmas. 100 mm de largura. As fresas compradas para esta operação são de topo.5 cv. ambos com potência útil de 7. É simplesmente o inverso do tempo de corte. A operação consiste na abertura de uma cavidade circular centrado na face da peça com diâmetro de 54 mm e profundidade de 5. A abertura do diâmetro da cavidade será executada em dois passes de igual tamanho. Exemplo É preciso fresar um lote de 500 peças de aço ABNT 1045 com 100 mm de comprimento. a posição inicial da ferramenta será no centro da peça a 1.0 mm da face. Serão utilizados dois centros de usinagem vertical para a usinagem do lote. diâmetro de 14 mm. Tanto a velocidade de retorno para o centro da cavidade como a velocidade de subida da ferramenta será ajustada para 3000 mm/min. D = 14 mm.791 min .500 = 0.5 kW.276min vf1 vf 2 400 1600 L3 46 Tempo improdutivo: t i = ti 0.5 cv 5.1 mm/dente ( f = 0. vc = 175 m/min. Velocidades de avanço de entrada e saída: vf1 = vf2/4.4 vf2 = 1600 mm/min Corte de aprofundamento: vf1 = 0. fz = 0.015 + 0.25vf2 vf1 = 400 mm/min Saída em vazio: vf3 = 3000 mm/min (dado) e) Cálculo dos tempos de usinagem (t): L1 L2 6 417 Tempo de corte: t c t c 0.276 + 0. Fresadoras verticais: Nmaq = 2 com Pc = 7.5 mm + 2.4 mm/volta).5 min Tempo unitário: t1 = tc + ti + tp = 0.0 mm + 2. Penetração máxima permitida: 2. vf3 = 300 mm/min.5 mm 2 passes para remover ap = 5.015min vf 3 3000 Tempo de setup entre peças: tp = 30 s = 0.0 mm da face.5 mm = 6 mm Corte normal: L2 = 2(10 + 210 + 10 + 220) mm = 417 mm Saída em vazio: L3 = 20 mm + 20 mm + 6 mm = 46 mm c) Cálculo da rotação do eixo árvore da fresadora vertical (n): 1000 vc 1000 175 n n 4000 rpm D 14 d) Cálculo das velocidades de avanço (vf): Corte normal: vf2 = fn = 0.236 Ferramenta: fresa de topo com z = 4 dentes.0 mm. Posição inicial da ferramenta a 1. b) Cálculo dos espaços (L): Corte de aprofundamento: L1 = 1. 1 10 Da Equação (28. 237 Tempo de fabricação do lote: Da Equação (28. 21). a área da seção transversal deixa de ser “apae” e passa a ser “Df / 8”: Ksm D f vf1 3100 14 0.4o 14 K s1 1600 Da Equação (28.02 kW 5500W OK! 8 60 10 480000000 .071 mm D 115.5 kW OK! 6 60 10 60000000 Corte de aprofundamento: Deve-se seguir o procedimento de furação (vide Cap.4): K sm y 0.1 kW < 5. 4 400 Pc [kW] 6 0.25 3100 N/mm2 h m 0.2): arcsen arcsen 90o arcsen 115. No caso.11): t1 Qdd 0. 4o D D 14 360o f z a e 360o 0.5 10 1600 2.071 Da Equação (28.5): Pc [kW] K a sm a v p e f2 3100 2.1): h m senr 0.791 500 tL = t L 3h 18min 60 N maq 60 2 f) Verificação da potência em relação à disponível na máquina-ferramenta (Pc): Corte normal: ae = 10 mm 2 a e1 2 a e2 6 Da Equação (28. 238 . 1 – Princípio de ação dos grãos abrasivos em operações de acabamento. força ou trajetória. as arestas cortantes (gumes) são geometricamente indefinidas. podendo ser por: energia. posição. como ocorre nos processos de usinagem. André João de Souza . Dependendo do processo de usinagem de acabamento. Introdução Abrasão é definida como sendo a operação de remover partículas de um material por atrito contra outro material que será quase sempre mais duro que o primeiro. fluido de corte e material da peça. Segundo a padronização brasileira ABNT PB 26 denomina-se ferramenta abrasiva aquela com formas e dimensões definidas constituída de grãos abrasivos ligados por aglutinante (ou aglomerante). Não são considerados rebolos abrasivos rodas ou discos de metal. expondo novas arestas de corte (importante para a autoafiação da ferramenta). para que mantenham arestas cortantes afiadas (vivas) por muito tempo. A ferramenta abrasiva com a forma de superfície de revolução adaptável a um eixo é denominada rebolo abrasivo. tendo uma ou várias camadas de abrasivos na superfície. Figura 29. tecido. 239 29. Desta forma. Prof. para que possam remover material. os grãos abrasivos devem ser: muito duros. Por outro lado. papel. termicamente estáveis. os grãos abrasivos agem diferentemente na interação aresta de corte/material.1. perdendo a capacidade de corte. A importância nas operações de abrasão reside no fato de que elas corrigem os defeitos das operações precedentes. Eles se desgastam durante o trabalho. na presença de ar. quimicamente estáveis diante das altas temperaturas e pressões de usinagem.1. para resistir às altas temperaturas de usinagem. Isto exige que o grão se quebre ou se solte. Esta ação de esfregar uma peça contra outra para modificar sua forma geométrica ou afiá-la. pertence ao instinto do homem primitivo. Durante a operação de corte ou desbaste. PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: GENERALIDADES 29. são os grãos abrasivos que realizam a remoção de material da peça. Figura 29. madeira. cada grão abrasivo retira uma quantidade minúscula de material da peça (por isso o processo é chamado de abrasivo). parte destas operações. pode-se dizer que o espaço que a retificação tem perdido para outros processos. a retificação é um processo de usinagem por abrasão que requer bastante atenção. Caracteriza-se pela remoção de material da peça pela ação conjunta de grãos abrasivos ativos. cilíndrico) formado pelo material aglomerante. principalmente as realizadas em superfícies de revolução. corrigir peças ligeiramente deformadas durante um processo de tratamento térmico. remover camadas finas de material endurecido por têmpera. brunimento fino (honing) e lixamento. cuja função é reunir os inúmeros e pequenos grãos abrasivos que vão entrar em contato com a peça e realizar a usinagem. por exemplo. A impossibilidade de definir geometricamente as arestas cortantes das ferramentas abrasivas levou ao nome de usinagem com arestas de geometria não definida. É um processo geralmente utilizado para as operações de acabamento de peças. Muitas das peças usinadas têm a retificação como a última operação de uma ou várias de suas superfícies. Assim. O torneamento tem substituído o processo de retificação cilíndrica externa (e às vezes interna) em muitos processos produtivos que exijam tolerância dimensional na casa de IT5. Assim. como o torneamento de acabamento em materiais endurecidos.240 Utilizam-se abrasivos unidos por um ligante nos seguintes processos de usinagem: retificação. o que confere à retificação a possibilidade de obtenção de tolerâncias bastante apertadas. todo o custo acumulado nas operações anteriores não poderá ser recuperado. superacabamento. Este fato se explica pelo surgimento de materiais de ferramentas (como o material cerâmico e o CBN) que podem ser usados no torneamento duro e também devido à melhoria das características de projeto e construção das máquinas-ferramenta. tem sido substituída por outros processos.6 m). cementação ou nitretação. plaina. mecanismo de compensação da deformação térmica etc. b) projeto mecânico mais moderno da máquina (mancais e guias hidrostáticas. Assim. tamboreamento e polimento. novos desenvolvimentos têm ocorrido com o processo de retificação: a) novos materiais para ferramentas (CBN e diamante como material do grão abrasivo do rebolo). Por outro lado. baixa capacidade de remoção de cavaco. O rebolo é um corpo (em geral. A ferramenta de retificação é denominada rebolo. . A retificação tem por objetivo: reduzir rugosidades ou saliências e rebaixos de superfícies usinadas com máquinas-ferramenta. fresadora. Atualmente. jateamento. como IT4 ou menor. tem sido recuperado em situações onde as classes de tolerâncias são mais apertadas. a retificação. Até bem pouco tempo atrás.). A retificação24 é o processo de usinagem abrasiva que apresenta maior emprego na indústria. por ser um processo abrasivo de usinagem. 24 Retificar significa corrigir irregularidades de superfícies de peças.2~1. sempre que a ordem de tolerância é IT5 ou maior. dar à superfície da peça a exatidão de medidas que permita obter peças semelhantes que possam ser substituídas umas pelas outras. pois se a peça for danificada nesta etapa (acabamento). Principais características: possibilidade de obtenção de tolerâncias apertadas (dimensionais entre IT4 e IT6 e geométricas compatíveis) e de baixas rugosidades (R a = 0. torno. era um dos únicos processos utilizados em peças que já haviam sido endurecidas por tratamento térmico (acima de 40 HRC). Utilizam-se abrasivos soltos nos seguintes processos: lapidação. como furadeira. ao entrar em contato com a peça. 29. a tensão de ruptura do material à frente do grão é ultrapassada e acontece a extração de uma pequena porção de material (remoção do cavaco). Continuando o crescimento das tensões. a aresta penetra na peça. Inicialmente. Além disso.2). uma parte do material da peça continua sendo forçada para as laterais. o grão passa a causar deformação plástica em outra pequena porção do material (riscamento). O material da peça é forçado para os lados formando uma espécie de rebarba. gerando deformações elásticas do material. Movimentos e Grandezas A formação do cavaco no processo de retificação se dá de maneira diferente dos demais processos de usinagem. 29. O rebolo é uma ferramenta com grande quantidade de arestas cortantes distribuídas de forma aleatória. já que a abrasão é fator fundamental na retirada de cavaco. a saber: Região 1. No decorrer do processo. inicia-se a fase de deformações plásticas. Na retificação a aresta de corte percorre uma trajetória definida para dentro da peça (Fig. . Em seguida. o ângulo entre a aresta cortante e a superfície da peça é muito pequeno no início. Figura 29.2. além de haver a formação de cavaco. A eficiência da remoção de material é determinada através do quanto da espessura não deformada de cavaco (hcu) é transformada em cavaco e o quão grande é a espessura efetiva de usinagem (h cu eff). deformação elástica na pequena porção de material tocada por ele (escorregamento do grão). Quando o grão começa a atritar com a peça ele causa. As fases da formação do cavaco na retificação (Fig. devido ao formato da aresta. Região 2. ao raio do rebolo e à penetração passiva. as tensões vão aumentando e.2) são definidas por três regiões. o material pode ser forçado por debaixo da aresta de corte na direção da superfície de incidência. primeiramente.2 – Fases da formação do cavaco na retificação. Ao prosseguir no seu caminho na peça. possibilita a formação de cavaco muito pequeno. 241 29. Na Figura 29. então. A formação do cavaco tem início no momento em que a aresta penetra na peça em uma espessura de cavaco não deformada (hcu) igual à penetração de início de corte (Tμ). Região 3.2. cada grão. pode gerar erros de forma e dimensão na peça. existe a necessidade de utilização de meio lubrirrefrigerante de maneira abundante e eficiente. 5% para o cavaco e 10% para o rebolo.242 Esse tipo de formação de cavaco. O calor que vai para o cavaco também não causa preocupações. Como o tempo de exposição a essa temperatura é muito curto (da ordem de milésimos de segundo). Além disso.3a). O calor que vai para o rebolo não causa dano considerável. ao corte do material. Também. Como em outros processos. é possível que o material atinja e supere sua temperatura de fusão sem se fundir. Por isso.3b).3 – Conversão e distribuição de energia na região de corte: (a) zonas de deformação e atrito. as condições de usinagem e as características do rebolo devem ser tais que atenuem este problema. 29. Altas temperaturas de corte são desenvolvidas (1000 a 1600 °C). Em números médios. pois o rebolo é de material refratário. (a) (b) Figura 29. para o mesmo volume de cavaco removido na unidade de tempo. pois o atrito prevalece sobre a força de corte. 29. A energia total requerida para o processo de retificação é da ordem de 2 a 20 vezes maior que para outros processos de usinagem. pois. Na zona de corte e de atrito. em geral. Tal calor pode determinar mudanças estruturais na superfície da peça. aliado à alta velocidade do grão abrasivo (maior que a velocidade de corte em processos como o torneamento em cerca de 10 vezes). que na maioria das vezes já recebeu o tratamento térmico. na maioria das vezes é bem grande e tem bastante área para dissipar calor. A energia mecânica empregada no processo é resultado do produto do comprimento total usinado e dos componentes das forças nessa direção. Isso ocorre devido às deformações plásticas. 85% do calor gerado vão para a peça. aquele que proporciona as dimensões finais da peça (determina sua qualidade). a retificação é o último processo de usinagem sobre a superfície. na maior parte. O problema maior está no calor que vai para a peça. a energia mecânica é transformada. e ao atrito do cavaco com o ligante e com as superfícies de incidência e de saída (Fig. já que esta recebe a maior parcela de calor (Fig. em energia térmica. quase toda esta energia se transforma em calor. (b) parcelas do calor gerado. geram o seguinte: As forças radiais (normais) são bem superiores às forças tangenciais. o que é muito grave. . sempre se procura ter rebolos cujas ligas suportem altas velocidades. Por isso.1.1): vp heq a (29. A análise da Equação (29. . hmax aumenta 1. maior a sua vida.1) vc onde: a= profundidade de usinagem (ap) na retificação cilíndrica longitudinal. 243 .4 – Cinemática da formação do cavaco. pois. causa aumento dos esforços de corte e da rugosidade da peça e diminuição da vida do rebolo. Parâmetros do processo Um dos parâmetros do processo de retificação mais utilizados é a chamada espessura de corte equivalente (heq). O aumento de heq. a espessura máxima do cavaco hmax também aumenta. calculada pela Equação (29. profundidade de penetração (ae) na retificação plana tangencial ou avanço por volta (f) na retificação cilíndrica de mergulho. melhor a rugosidade e menores os esforços de corte.4 pela linha BC. seja pelo aumento de a ou de vp ou pela diminuição de vc.414 vezes. Outro parâmetro interessante de ser definido é a espessura máxima do cavaco (hmax). vc = velocidade de corte (velocidade do rebolo). vp = velocidade da peça. mas não na mesma proporção: quando a dobra.2): vp a hmax (29. Figura 29. mostrada na Figura 29. quanto maior a velocidade do rebolo (vc).2.2) vc d onde d é o diâmetro da peça cilíndrica sendo retificada. A espessura de corte equivalente (heq) representa fisicamente a espessura de material que os grãos removem. Pode-se comprovar matematicamente que hmax pode ser dada pela Equação (29.2) gera algumas considerações interessantes: Quando a profundidade de usinagem a é aumentada. podem ser manuais. é necessário levar em conta os tipos de material a usinar. Com isso. a peça é presa a uma placa magnética. à natureza do material a ser retificado. Existem vários tipos e formas. Nesta máquina. Assim. a vida do rebolo aumenta e o rebolo se comporta como mais macio. Porém. mais difícil é removê-lo do rebolo. ela é automática. que tem a propriedade de serem atraídos por imãs. Pode-se fixá-la diretamente a mesa ou com transpassadores (no caso de peças de formato irregular). 29. adequados ao trabalho de retificação que se deseja fazer e. hmax diminui. quanto maior o comprimento de contato. já que vc reduziu os esforços. fixada à mesa. hmax diminui e. mantém-se o número de grãos em contato com a peça e permite-se uma melhor dissipação do calor gerado. A pressão rebolo/peça é repartida sobre os grãos abrasivos de forma que. 29. pois é capaz de resistir a mais esforços. assim. os esforços de corte diminuem e a vida aumenta. uma das fixações mais comuns é a feita por meio de placas magnéticas. balanceamento. Para que a superfície apresente exatidão dimensional e bom acabamento. perpendiculares ou inclinadas. semiautomáticas e automáticas. em geral. Há basicamente três tipos de retificadora: plana. principalmente. maior o número de grãos a suportar o esforço e menor a pressão que cada grão deverá suportar.3. Retificadora plana Esse tipo de máquina retifica todos os tipos de superfícies planas: paralelas. Máquinas-Ferramentas (Retificadoras) A retificadora é a máquina-ferramenta empregada na usinagem de peças para dar às suas superfícies uma exatidão maior e um melhor acabamento que os conseguidos em máquinas operatrizes convencionais. A área de contato rebolo/peça é de grande interesse. A ferramenta de corte utilizada na retificadora é o rebolo. “quanto maior a área de contato rebolo/peça. tem-se uma pressão específica de corte – que é função inversa do comprimento de contato rebolo/peça. Assim. Se a velocidade da peça vp diminui. Assim. Há varias formas de fixar a peça. o acréscimo de vc está limitado pelo tipo de liga do rebolo. inicia-se a remoção de material pelo processo de retificação. Retificadora Após a preparação da máquina (limpeza. a mesa desloca-se em um movimento retilíneo da direita para a esquerda (e vice-versa). já que uma maior porosidade permite liberar mais facilmente o cavaco e favorecer a ação do refrigerante. pois quão menor o esforço sobre o grão. Trata-se de uma forma de fixação utilizada na retificação de materiais não ferrosos. cilíndrica universal e cilíndrica sem centros (“centerless”). Quanto ao movimento. fazendo com que a . Em geral ela é utilizada na usinagem de superfícies inclinadas. O rebolo parece mais duro. se o comprimento de contato cresce. Trata-se de uma fixação utilizada para retificar peças de materiais ferrosos. Para um determinado esforço no sentido radial do rebolo. maior deve ser o tamanho do grão e o rebolo deve ser mais macio e mais poroso”.3. Outro modo de fixar a peça à mesa da retificadora é por meio de uma mesa de seno magnética. os esforços sobre os grãos serão menores. Além dessas.244 Se a velocidade do rebolo vc cresce. É possível também fazer a fixação da peça à mesa por meio de uma morsa retificada. diz-se que “a dureza do rebolo aumenta”. diminui-se o número de grãos do rebolo todo. pode-se aumentar a porosidade do rebolo e o tamanho dos grãos.1. Durante a usinagem. Os materiais ou peças em geral precisam ser submetidos a tratamento térmico (têmpera) para serem retificados. fixação do rebolo escolhido e dressagem). pois é utilizada em produção seriada. de trabalho a ser feito e de granulação e aglomerante do rebolo. No caso da centerless. 29. em conjunto com o longitudinal. . Na retificadora plana vertical. 29.4.2.3. O valor do deslocamento transversal depende da largura do rebolo. em sua parte plana. Na retificadora plana tangencial de eixo horizontal.3. Retificadora cilíndrica universal Esta máquina retifica superfícies cilíndricas. cuja superfície de corte tem. Esta retificadora pode ser tangencial de eixo horizontal (Fig.5 – Retificadoras planas: (a) tangencial (horizontal). Retificadora cilíndrica sem centros (Centerless) Esse tipo de retificadora é muito usado na produção em série. 29. 29. que é dotada de um movimento de rotação. (b) de topo (vertical). 29. (a) (b) Figura 29. 29. Por essa razão. pode-se também utilizar um rebolo de segmentos. permite uma varredura da superfície a ser usinada. com exatidão de medidas.3.3. O giro do rebolo de arraste é lento e serve para imprimir movimento à peça e para produzir o avanço longitudinal. O movimento transversal. médias e grandes produções de peças de alta precisão dimensional e geométrica através de operações de retificação externa e interna de superfícies cilíndricas e cônicas (Fig. externas ou internas e.5a) e de topo de eixo vertical (Fig. utiliza-se um rebolo cilíndrico (tipo reto plano). A peça é conduzida pelo rebolo de corte e pelo rebolo (disco) de arraste (ou regulador). o rebolo de arraste possui uma inclinação longitudinal de 1 a 5 graus. 29. superfícies planas em eixos rebaixados que exijam faceamento. em alguns casos. A peça é fixa. Na prática. 29. a forma de coroa circular. 245 peça ultrapasse o contato com o rebolo em aproximadamente 10 mm.7). utiliza-se um rebolo tipo copo ou anel. que é responsável pelo avanço da peça (Fig. a uma placa universal como a utilizada no torno.5b). Com esta máquina podem ser executadas operações de retificação externa e interna de superfícies cilíndricas e cônicas.6b). Há também o deslocamento transversal da mesa. Além disso. O rebolo em movimento de rotação entra em contato com a peça e remove o material (Fig. por exemplo. utiliza-se 1/3 da largura do rebolo para operações de desbaste e 1/10 para operações de acabamento. são máquinas cilíndricas universais desenvolvidas para atender as pequenas.6a). em geral. Retificadora CNC As retificadoras CNC. Esta operação tem a finalidade de dar fino acabamento a superfícies de pelas cilíndricas. 6 – Retificadora cilíndrica: (a) universal.7 – Exemplos de retificadoras CNC Zema . (a) Cilíndrica Externa Numerika (b) Cilíndrica Interna Intertronika (c) Cilíndrica Universal Pratika Figura 29.246 (a) (b) Figura 29. (b) sem centros (centerless). 1 – Rebolo (ângulos de saída negativo).2. Granulação – tamanho dos grãos abrasivos.1. Os elementos que precisam ser especificados na escolha de um rebolo são: Abrasivo – material que compõe os grãos do rebolo. Estrutura – porosidade do rebolo. como mostra a Figura 30. Figura 30. a usinagem com rebolo é designada como um processo de usinagem por abrasão. O ângulo de saída desses grãos é geralmente negativo. para simplificar a montagem e facilitar a troca de peças na manutenção. A remoção (por atrito) de material usinado é muito pequena porque o rebolo arranca minúsculos cavacos durante a operação de corte quando as arestas (grãos abrasivos) incidem simultaneamente sobre a peça. abrasivo é um produto granulado. cuja superfície é abrasiva. ou seja. Por isso. apresenta-se constituída de vários grãos de óxido de alumínio (Al2O3). A produção de peças seriadas intercambiáveis. natural ou sintético. 247 30. Introdução A ferramenta de corte utilizada na retificação é o rebolo. Abrasivo Segundo a padronização brasileira ABNT PB 26. Trata-se do mesmo sistema empregado pelo dentista quando ele utiliza um instrumento giratório com uma espécie de lixa redonda para limpar ou polir nossos dentes. exigiu o estabelecimento de tolerâncias mais estreitas de fabricação e a Prof. usado com a finalidade de remover o material das superfícies das peças até o desejado. PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: REBOLOS 30. Dureza – resistência do aglutinante. dentre outros. de carboneto de silício (SiC). André João de Souza . Aglutinante – material que une os grãos abrasivos. 30.1. de qualidades muito diversificadas e com altas porcentagens de impurezas. devido a sua pureza e forma de obtenção (cristalizado). são empregados somente em ferramentas específicas como lixas. carboneto de boro (B4C). Porém. MCD) e os materiais cerâmicos de alto desempenho à base de óxido de alumínio. diamante MCD.2. Carboneto de silício (SiC) O SiC é obtido indiretamente por meio da reação química de sílica pura com carvão coque em fornos elétricos. Possui alta dureza e baixa tenacidade e é utilizado em usinagem leve onde se deve evitar aquecimento superficial. PCD. . Distingue-se pela cor. por exemplo. porcelanas e plásticos). CBN e diamante PCD) têm uma utilização muito mais abrangente. aços-rápidos. pedra pomes. Isto levou à necessidade de ferramentas abrasivas de características melhores e mais uniformes. ferros fundidos maleáveis e nodulares). esmeril natural. Os abrasivos artificiais ou sintéticos (Al2O3 cristalino. sendo por isso mais quebradiço. tripoli). Óxido de Alumínio Branco (AA): é uma forma mais refinada do óxido de alumínio comum. em quantidades crescentes. Obtido a partir da bauxita por um processo de redução. de qualidade constante e com elevadas produções.2. tende a ser mais quebradiço. comumente branca. Como exemplo.248 consequente utilização mais intensiva das operações de acabamento. Não deve ser usado na retificação de aços. por terem características controladas. Óxido de alumínio (Al2O3) O Al2O3 é indicado para a retificação de materiais de alta resistência à tração (aço-carbono e suas ligas.1. e com propriedades semelhantes ao comum. Devido às exigências de mercado como a racionalização dos processos e automação. pela coloração: cinzas e verdes. Os abrasivos podem ser naturais ou artificiais. também. mudanças para máquinas CNC resultaram em demanda por abrasivos mais confiáveis. A principal característica é a sua alta tenacidade. chegando a ter 99% de Al2O3.2. Principais tipos: Carboneto de Silício Cinza (C): é indicado para a retificação de materiais de baixa resistência à tração. de elevada dureza como o ferro fundido (tratados ou não superficialmente). 30. a qual se presta nos casos de operações de desbaste e retificações cilíndricas em materiais que tenham elevada resistência à tração (exceto em aços de elevada dureza e sensíveis ao calor). apresenta-se em duas qualidades segundo o critério de pureza conseguida na sua elaboração: Óxido de Alumínio Comum (A): de cor acinzentada. coríndon natural. Esses abrasivos podem ser reconhecíveis. porém. 30. os aços-liga em geral podem ser citados. quartzo. este abrasivo apresenta de 96 a 97% de Al2O3 cristalizado e a dureza é de 21 kN/m2. granada. como os superabrasivos (CBN. materiais não ferrosos (principalmente o metal-duro e o alumínio) e não metálicos (vidros. assegurando menores valores de rugosidade e medidas mais exatas e precisas. SiC. Os abrasivos naturais (pedra de arenito ou sílex. Este tipo de abrasivo apresenta maior dureza que os óxidos de alumínio (24 kN/m 2). 2. mais fracos e mais frágeis.4. sempre com fluido de corte. tendo os grãos recobertos com níquel25. Em geral. É mais comumente utilizado em forma de bastonetes para retificação de ferramentas (alto custo). um rebolo de CBN com liga vitrificada incendeia-se em uma temperatura muito mais alta que o diamante. vidros e outros materiais duros e frágeis. 30. Por serem mais quebradiços que o SiC cinza. para corte de pedras. É a mais versátil de todas as ligas que. O CBN se apresenta em dois tipos: 25 Quando o rebolo tem apenas um banho à base de níquel para prender os grãos este é chamado rebolo diamantado eletrolítico. o próprio cliente pode usinar a peça onde os grãos serão impregnados. Com características superiores aos anteriores. Normalmente ele resiste à oxidação até temperaturas da ordem de 1300 °C. vidro e corte de pedras). Sua dureza é de aproximadamente 47 kN/m2. peças cerâmicas. é pouco empregado na fabricação de rebolo. As características do diamante variam do grão policristalino até o grão monocristalino. Uma consequência importante deste fato é a possibilidade de se usar o CBN em um rebolo com liga vitrificada. esses rebolos são usados principalmente com liga metálica para trabalhos com exigências de manutenção do perfil do rebolo. indicado especialmente para o trabalho de afiação em pastilhas de metal-duro. 249 Carboneto de Silício Verde (V): é uma variedade do SiC cinza. por se tratar de um banho. uma importante vantagem do CBN é sua estabilidade térmica. cerâmicas. Rebolos com grãos policristalinos (PCD): pelos grãos serem irregulares. 30. esses rebolos são usados geralmente com liga resinoide especialmente na retificação de metal-duro e/ou para operações de precisão com ou sem fluido de corte. porcelana.3. Rebolos com grãos monocristalinos (MCD): pelos grãos serem regulares.2. mais fortes e tenazes. não alteram a constituição do metal duro. Nitreto de boro cúbico (CBN) O CBN é utilizado principalmente para materiais ferrosos (ferro fundido e aço de extrema dureza – até 60 HRC). enquanto o diamante é estável termicamente até 800 °C. Diamante O diamante (D) é usado na retificação de materiais não ferrosos (ferramentas de metal-duro. o diamante tem uma dureza de 80 kN/m 2. Assim. Em comparação com o diamante. . o que limita a transmissão de calor para a liga e melhora a adesão grão- liga. além de prover proteção contra o ambiente. Podem ser revestidos com uma quantidade em peso de níquel ou cobre de 50% a 60%. 5.1 apresenta algumas propriedades dos materiais abrasivos.070279). Portanto. obtendo menor geração de calor. Uma alta tenacidade implica que o grão abrasivo dificilmente fratura-se cada vez que impacta contra a peça. A Friabilidade é a capacidade de o grão fraturar-se em operação quando este perde o poder de corte. Portanto. . 26 A dureza Knoop (HK) é dada pela equação: P P HK A Cp L2 onde “P” é a carga aplicada [kgf]. isto é. Grãos mais duros e menos tenazes são aplicados geralmente para operações precisas. grãos menores do mesmo material são mais tenazes. já que eles são produzidos pela moagem de grãos mais grossos. Um grão menos tenaz regenera suas arestas abrasivas através da fratura (autoafiação) à medida que o grão perde sua afiação durante o uso. Em geral. A Tabela 30.250 Rebolo de CBN com recobrimento de 60% em peso de níquel (liga resinoide). os grãos que possuem essa característica são indicados para operações de elevadas pressões.2. por F. Baseada neste conceito foi criada a conhecida escala Mohs onde o mineral com menor dureza. o talco. criando assim novas arestas de corte. A Tenacidade representa a capacidade que os grãos abrasivos têm de absorver energia. resistir aos impactos com ação dos esforços de choque sem perder o poder de corte. 30. O método Knoop 26 é utilizado para a medição de microdureza. “A” é a área superficial de impressão [mm2]. Algumas consequências das características do grão abrasivo A Dureza pode ser definida como a resistência à ação do risco. enquanto grãos mais tenazes de tamanhos maiores são mais adequados para cortes mais pesados. com formato piramidal. é pressionado contra uma superfície devidamente polida. é riscado por todos os outros e o mais duro é o diamante que não é riscado por nenhum e risca todos os outros. “L” é o comprimento da impressão [mm] ao longo do maior eixo e “Cp” é um fator de correção relacionado ao formato do penetrador (idealmente 0. Knoop e é normalizado pela ASTM D1474 (Standard Test Methods for Indentation Hardness of Organic Coatings). Rebolo de CBN sem recobrimento (ligas vitrificadas e metálicas). os grãos que a apresentam são indicados em operações que requerem a integridade física da peça. Este método foi desenvolvido no National Bureau of Standards (hoje NIST). Modernamente está ganhando reconhecimento intensivo para a medição de dureza de grãos abrasivos a escala Knoop. na qual um penetrador de diamante. 2 ilustra alguns exemplos de granulação e a Fig. 251 Tabela 30. 30. Muito grosso Grosso Médio Fino Muito fino Pó 6 16 36 100 280 600 8 20 46 120 320 700 10 24 54 150 400 800 12 30 60 180 500 1000 14 70 220 1200 80 240 1600 90 Grana nº 16 Grana nº 24 Grana nº 46 Figura 30. Tabela 30.1 – Algumas propriedades dos materiais abrasivos usados na retificação Propriedades Al2O3 SiC CBN Diamante Estrutura cristalina Hexagonal Hexagonal Cúbica Cúbica Densidade [kg/m3] 3980 3220 3480 3520 Ponto de fusão [°C] 2040 2830 3200 (a 105 kbar) 3700 (a 130 kbar) Dureza [N/m2] 21000 24000 47000 80000 30.2 – Exemplos de granulação. mas ele ficará retido em outra com 81 malhas ou mais. Ele irá passar livremente em uma peneira de 80 malhas por polegada linear.3. (c) fina (Sandblasting Abrasives) . (b) média. (a) Grana nº 12 (b) Grana nº 54 (c) Grana nº 100 Fig. 30. Granulação O tamanho do grão (grana) é determinado por meio do peneiramento.2. A Figura 30. 54 e 100 do Al2O3.3 – Granulometria de óxidos de alumínio: (a) grossa. Por exemplo.2 – Escala granulométrica. É representado por um número que corresponde ao número de malhas por polegada linear da peneira de classificação. um grão 80 significa que foi obtido através de uma peneira cujo lado tem 1/80 de polegada (aproximadamente 0.32 mm). Esses números classificam-se segundo a escala granulométrica mostrada na Tabela 30.3 mostra a granulação nº 12. pequenas áreas de contato. utilizado na maioria dos rebolos fabricados.1. Cerâmica ou Vitrificada (V) Vitrificada é a liga inorgânica mais comum para retificadores de precisão. 30. Os orgânicos podem ser goma-laca (E). A liga aglomerante do abrasivo permite que a ferramenta mantenha a sua forma e resistência. Dentre todos. operações a 45 ou 60 m/s (2700 ou 3600 m/min) são comuns atualmente e ligas especiais foram desenvolvidas para atender a essa necessidade.4. destacam-se as ligas vitrificadas e as resinoides. Liga Aglomerante A liga aglomerante (também denominado Ligante ou Aglutinante) tem a função de unir os grãos abrasivos entre si e também. bem como o abrasivo. 27 Resiliência é a propriedade pela qual a energia armazenada em um corpo deformado é devolvida quando cessa a tensão causadora de uma deformação elástica. como aços moles ou alumínios. Grãos finos materiais duros ou quebradiços. permitindo trabalhos com maior precisão. (100 a 500) manutenção de bordas e perfis de pequenas dimensões.2. a liga é utilizada em operações de desbaste pesado. O aglomerante vitrificado. se for o caso. Os ligantes se dividem em dois grandes grupos: inorgânicos e orgânicos. A proporção e a qualidade da liga. Não resiste a grandes impactos ou pressões e não é afetada pela água. 30. (6 a 30) remoção de grande volume de material (desbaste). como metal-duro ou vidro. cortes e. onde não se exige boa qualidade superficial. de magnesita (O) ou metálicos (M). com o suporte (ferramenta). siliciosos (S). dúcteis ou fibrosos. Dependendo da construção do rebolo. óleos ou ácidos. quando se deseja bom acabamento superficial. operações que exijam alto nível de acabamento. É um ligante de elevada resistência e alta resiliência27. borracha (R) ou resinoide (B). Trabalha normalmente com velocidade periférica (vc) de até 33 m/s (cerca de 2000 m/min). está entre 70% e 80% do total. Os inorgânicos podem ser vitrificados (V). . 30. No entanto. podem operar até a 100 m/s (6000 m/min). Resinoide (B) Resinoide é a liga composta por resinas orgânicas. por outro lado. as seguintes regras devem ser obedecidas: Grãos grossos materiais moles. Sua rigidez facilita a manutenção do perfil do rebolo. grandes áreas de contato. dando-lhe condições de fazer o trabalho desejado e desprender o grão quando ele perder suas características de corte.252 Para a seleção do tamanho do grão. Resistência ao choque.4. Dependendo da granulação. Trabalha normalmente com velocidade periférica (vc) de até 48 m/s (aproximadamente 2900 m/min). determinam o grau de porosidade e a dureza exigidos pelo tipo de retificação.4. 5. rebolos duros são usados em materiais moles. a saber: E–F–G rebolos muito moles. portanto. tem-se uma liga mole (Fig. Por outro lado. Se essa coesão for grande. Estrutura A estrutura indica a concentração volumétrica de grãos abrasivos no rebolo ou. 30.6. 253 30. No caso de usinagem de materiais que tendem a empastar o rebolo. um índice da resistência com que o grão abrasivo é retido no material aglutinante. expondo continuamente novas arestas. a dureza dos rebolos é classificada em ordem crescente por letras que vão de “E” a “V”. em geral. Os vazios da estrutura do rebolo (poros) fornecem o . 30. os poros ou vazios da estrutura de um rebolo que criam condições de remoção rápida dos cavacos da face do rebolo (Fig. em outras palavras. capaz de resistir aos esforços de retificação que procuram retirar o grão do rebolo. L–M–N–O rebolos de dureza média. dos tamanhos dos grãos e dos vazios. o mesmo é classificado como duro. deve-se usar um rebolo mole. H–I–J–K rebolos moles. S–T–U–V rebolos muito duros. (a) (b) Figura 30.4). Grau de Dureza A dureza de uma ferramenta abrasiva representa o grau de coesão dos grãos abrasivos com o aglomerante. É. Uma estrutura mais aberta de grãos idênticos. Em caso contrário. Figura 30. dá um acabamento mais grosseiro que uma estrutura mais fechada. A capacidade de retenção dos grãos abrasivos depende: do tipo e da quantidade volumétrica de ligante. Em geral. conforme os grãos abrasivos cortam a peça. e rebolos moles em materiais duros. P–Q–R rebolos duros. que solte os grãos com mais facilidade. (b) aberta. sendo sua resistência determinada pela porcentagem de liga utilizada.5). 30.4 – Representação da dureza em rebolos (ICDER) Segundo a ABNT.5 – Estrutura de um rebolo: (a) fechada. deve-se procurar um meio de retirar os cavacos da zona de retificação. 30. rebolos com estrutura aberta oferecem mais espaços para alojamento do cavaco e tem maior durabilidade. Especificação do Rebolo Para que a superfície retificada apresente exatidão dimensional e bom acabamento. Como regra geral: A usinagem de um material dúctil com baixa dureza exige um rebolo com estrutura aberta. uma estrutura fechada determina um maior número de arestas cortantes atuantes (Fig.3). . Em outras palavras. Quanto mais fino o acabamento.7 – Estrutura aberta e fechada do rebolo. 30. (a) Fechada (b) Aberta Figura 30.7.6 – Função dos poros na estrutura do rebolo. a fim de que se tenha um número suficientemente grande de arestas cortantes. é necessário levar em conta o tipo de material a usinar.6). > 12 rebolos com poucos grãos abrasivos. 30. Por conseguinte. 5~7 estrutura média. Assim. Veja o exemplo para a retificação de um aço não temperado (Tab. o tipo de trabalho a ser feito e o tipo de granulação e o aglomerante do rebolo. material com alta dureza exige estrutura fechada. sendo: 1~4 rebolo com bastante abrasivos (estrutura fechada.7a).254 meio para rápida remoção do cavaco. 8 ~ 12 estrutura aberta (Fig. Figura 30. Fig. A estrutura de um rebolo é representada por uma série de números naturais a partir de 1. mais fechada (densa) deve ser a estrutura. 30.7b). 30. 5%). 255 Tabela 30. . adequados ao trabalho de retificação que se deseja fazer e.3 – Exemplo para a retificação de um aço não temperado. à natureza do material a ser retificado. dois dígitos extras são incluídos: Dígito de concentração: vem logo após a letra referente à dureza do rebolo e indica a quantidade de abrasivo contida no rebolo.5%) a 150 (37. uma concentração 100 significa 25% de grãos no volume total rebolo + liga. Dígito de profundidade do abrasivo: o último dígito de especificação de um rebolo superabrasivo é a profundidade de penetração do abrasivo. Os fabricantes de rebolos adotam um código internacional constituído de letras e números para indicar as especificações do rebolo (Fig.8). Concentrações típicas para ligas resinoides ou metálicas variam de 50 (12. Por exemplo. principalmente. já que neste tipo de rebolo. Quando se trata de rebolos superabrasivos. As ligas superabrasivas requerem uma concentração maior. Normalmente esse número está em polegadas ou milímetros. 30. o que torna o rebolo mais caro. um exemplo de especificação de um rebolo pode ser: A 46 M 5 V 10W identificação (profundidade abrasivo granulometria dureza (concentração) estrutura liga da liga de penetração) Figura 30.8 – Especificação do rebolo. Assim. O número da concentração é baseado numa escala proporcional. Operação Granulação Aglomerante Desbaste Grossa Vitrificado Semiacabamento Média Vitrificado Retificação fina Fina Resinoide Existem vários tipos e formas de rebolo. onde tal número dividido por quatro é igual à porcentagem volumétrica dos grãos contidos no rebolo. somente a casca externa contém liga e abrasivo. (b) prato. Na retificadora plana tangencial (eixo horizontal). Já as pontas montadas (com diferentes geometrias de acordo com a aplicação a que se refere) podem ser aplicadas em diversas máquinas-ferramentas. (e) pontas montadas. de forma e detalonadas).1. de disco. podem-se utilizar os rebolo tipo copo ou anel (cuja superfície de corte tem a forma de coroa circular na parte plana) e tipo segmentado. machos e cabeçotes porta-bits. Observa-se que as superfícies de ataque são aquelas destacadas com coloração cinza. cilíndricas. Formas de Rebolo Na Figura 30. . não se restringindo às retificadoras.256 30. O tipo reto é aplicado na afiação de brocas e ferramentas diversas (discos com espessuras menores são usados também na afiação de machos). (c) copo (d) de segmentos. Na retificadora plana de topo (eixo vertical). (a) (b) (c) (d) (e) Figura 30.9 – Formas de rebolo: (a) disco reto.9 estão algumas formas comuns encontradas em rebolos. frontais. O tipo copo é aplicado na afiação de fresas (frontais. enquanto que o tipo prato na afiação de fresas (cilíndricas. de topo).7. podem-se empregar os rebolos cilíndrico (tipo reto plano) e cônico (tipo prato). Utilizadas em ferramentas de corte e estampos em geral. O tipo segmentado é usado na retificação plana de ataque frontal no faceamento de superfícies. preferem um sobremetal menor. O acabamento é feito com parâmetros significativamente menores para não se superar as tolerâncias dimensionais e geométricas desejadas e nem superar a rugosidade superficial máxima tolerada. com a peça ainda mole. Essas são as doutrinas de origem norte-americana que normalmente optam por sobremetais consideravelmente maiores. Quando se divide a operação entre desbaste e acabamento. Retificação dura: realizada depois do tratamento térmico. geométrica e de acabamento) que serão obtidas. intercalados por uma dressagem do rebolo. por exemplo. chegam à retificadora com um sobremetal controlado. Em retificações de alta produção procuram-se realizar as duas fases consecutivamente sem uma dressagem intermediária. Contudo. Nos casos de retificação individual de peças ou em séries muito pequenas a magnitude do sobremetal não é muito importante.1. Segundo a superfície a ser usinada: Prof. com a peça já endurecida. Introdução As peças que serão retificadas. considerando-se que as variações das peças dentro de cada um desses lotes podem ser toleradas.1. para gerar superfícies precisas que sirvam de referência para outras operações de usinagem. na primeira fase remove-se de 80% a 90% do sobremetal. utilizando-se de parâmetros elevados de avanços do rebolo e velocidades elevadas tanto da peça como do deslocamento da mesa. em produção seriada é muito importante manter o sobremetal controlado dentro de uma tolerância razoável para não submeter a retificadora a uma variabilidade muito grande de esforços e mesmo para que os tempos de retificação sejam previsíveis e repetidos. As doutrinas que consideram a retificação um processo de acabamento visando a obtenção de um máximo de precisão dimensional. É usual dividir um processo de retificação em desbaste e acabamento. 257 31. Existem diferentes doutrinas na fixação do sobremetal ideal. fresamento etc. Nesses casos. as dressagens (manuais ou automáticas) intercalam-se a cada “n” peças. Classificação Os processos de retificação podem ser classificados: Segundo a dureza da peça usinada: Retificação mole ou verde: realizada antes do tratamento térmico. normalmente. O sobremetal de retificação é definido como a diferença em milímetros entre a peça usinada por um processo de usinagem anterior e a peça pronta após retificação. Já as doutrinas que consideram que a retificação é um processo que deve ser o mais produtivo possível privilegiam um compromisso mais produtivo entre as fases de usinagem (torneamento. 31. André João de Souza . Essas doutrinas são normalmente de origem europeia. com a finalidade de conferir as dimensões finais à peça usinada. PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: OPERAÇÕES DE CORTE 31. um máximo de precisão geométrica e um melhor acabamento possível.1.) e retificação e as precisões (dimensional. Caso os dois eixos não sejam paralelos. permitindo ajustes angulares e retificações cônicas). O eixo do cabeçote contraponto apresenta sempre um deslocamento longitudinal retrátil pequeno. Retificação Cilíndrica Externa Entre Pontas A retificação cilíndrica externa baseia-se no princípio de se fazer a peça girar em torno de seu eixo e deslocar-se no sentido axial. o suficiente para que a peça. entre em posição e seja fixada quando o centro de apoio volte para a sua posição normal. particularmente em peças curtas e vazadas de um lado. As retificadoras cilíndricas apresentam normalmente duas mesas. Para que a retificadora cilíndrica possa gerar uma forma cilíndrica na peça há necessidade que os eixos de rotação da peça e do rebolo sejam paralelos e coplanares. Na fixação entre centros. Nem sempre é possível fixar a peça entre pontas. Caso os dois eixos não sejam coplanares. nestes casos a peça é fixada em placa de castanhas adaptada ao cabeçote porta-peças. em contato com a periferia de um rebolo (ferramenta abrasiva).2. que periodicamente avança contra a peça. já alojada de um lado. Para peças muito pesadas muitas vezes prefere-se aplicar centros de apoio giratórios nos cabeçotes porta-peças e contraponto em lugar dos centros fixos. No cabeçote contraponto também está inserido um centro de apoio similar para compor o apoio entre centros da peça. A peça fixada entre pontas recebe a sua rotação através de uma placa de arraste disposta no cabeçote porta-peças da máquina. uma inferior (chamada de mesa prismática que se desloca em guias sobre o barramento longitudinal da máquina) e outra superior (designada de mesa angular. Os furos de centro das peças cilíndricas são normalmente pré- existentes em decorrência das operações prévias de torneamento.258 Retificação cilíndrica o Externa Entre pontas Longitudinal (ou de passagem) Mergulho (ou com avanço de penetração) Sem centros (centerless) o Interna Retificação plana o Tangencial o Frontal Outras 31. a forma gerada pela retificadora será adelgaçada como um hiperboloide. a árvore do cabeçote porta peças não gira. que pode girar em torno de um pino central sobre a mesa prismática. a forma gerada pela retificadora será cônica. Somente a placa de arraste gira. Alguns tipos de peças podem ainda requerer placas magnéticas circulares para a fixação. A árvore fica parada e no seu cone Morse se insere um centro de apoio. As peças podem ser fixadas também por pinças elásticas. Os furos de centro das peças devem estar livres de rebarbas ou marcas de vibração. Entende-se como fixação de uma peça entre pontas em uma retificadora cilíndrica quando ela é suportada entre centros por pontas cônicas inseridas nos cabeçotes porta-peça e contraponto da máquina que adentram os furos de centro da peça. . Retificação Longitudinal (“Traverse Grinding”) Na retificação longitudinal (Fig. o avanço paralelo ao eixo da peça pode ser efetuado através do movimento da mesa da retificadora ou através do movimento do rebolo. tanto a peça quanto o rebolo possuem movimento de rotação. no entanto. Figura 31. para propiciar uma nova retirada de material na próxima passada do rebolo durante o avanço longitudinal. 31. No caso.1 – Retificação cilíndrica externa longitudinal entre pontas. As posições de reversão do movimento longitudinal devem ser feitas de tal forma que apenas 1/3 da espessura do rebolo saia de cada lado. Nos dois casos. Para terminar. O avanço em profundidade (geralmente automático) é discreto e realizado ao fim de cada avanço longitudinal (quando o rebolo chega ao fim da peça – reversão da mesa).2 . Rebolo Peça Figura 31.2). 31. Comumente a peça possui somente movimento de rotação podendo. também chamada de retificação de passagem. é mais largo que o comprimento da superfície que está sendo retificada e o processo é mais rápido e mais econômico que o anterior (de passagem).1). 31. Às . geralmente. o rebolo executa movimento de avanço em uma direção perpendicular à superfície retificada. também chamada de retificação com avanço de penetração.Retificação cilíndrica externa de mergulho entre pontas.2. Retificação de Mergulho (“Plunge Grinding”) Na retificação de mergulho (Fig. o comprimento da peça é maior que a espessura do rebolo. 31. apresentar um pequeno movimento longitudinal.1.2. O rebolo. 259 A retificação cilíndrica externa pode ser longitudinal ou de mergulho. de duas a três passadas sem avanço devem ser efetuadas para realçar o acabamento.2. Pode-se também fazer a retificação de várias superfícies simultaneamente com diversos rebolos montados um ao lado do outro. A peça rola sobre si mesma devido ao atrito gerado pelo rebolo de arraste. bastando para isso dar a forma adequada ao rebolo. desenvolveu-se o processo de retificação cilíndrica externa sem centros (centerless) em máquinas construídas especialmente para estes casos. Para que se obtenha uma boa retificação. O rebolo de corte gira em altíssima velocidade de rotação e faz pressão sobre a peça.3 esquematiza este processo. porém curta. Usinagem Técnica AGAZ Ltda. depois. é lógico. largura igual à do rebolo de corte (100 a 250 mm) e velocidade periférica bem menor (8 a 50 m/min). O rebolo de arraste tem diâmetro menor (250 a 400 mm). A extraordinária produtividade da retificação por mergulho. O rebolo de corte tem diâmetro maior (400 a 600 mm). largura de 100 a 250 mm e velocidade periférica também maior (20 a 30 m/s). 31. Assim. realizar algumas poucas passadas para eliminar eventuais marcas indicativas de várias penetrações.260 vezes. A retificação é mais fácil e rápida (sem tempos passivos com a colocação e com retirada da peça da máquina. porém menos precisa e. para finalizar. apesar de não ser necessária em retificações de mergulho. e com aproximação e afastamento do rebolo). dificultando a aproximação e a movimentação do rebolo. pode ser aproveitada realizando-se múltiplos mergulhos em uma peça cilíndrica mais longa. Idealmente deve-se deixar um sobremetal remanescente de 0. Os vários mergulhos devem se sobrepor. tende à flexão devido à pressão exercida pelo rebolo na operação. Retificação Cilíndrica Externa Sem Centros Uma peça cilíndrica comprida e de pequeno diâmetro. torna difícil a retificação entre pontas devido à proximidade dos contrapontos. separados por anéis (isto se dá em máquinas retificadoras convencionais de alta produção). A Figura 31. Uma peça também cilíndrica. ou uma superfície de cada vez – principalmente nas retificadoras CNC. no mínimo 3 mm aproximadamente. para se diminuir a rugosidade da superfície retificada.01 mm para ser removido nas passadas finais de acabamento.3. à esquerda e à direita. (a) Ref. a peça deve constantemente tangenciar os dois rebolos e a cunha de apoio. O processo de retificação de mergulho entre pontas também permite a usinagem de perfis variados. Os eixos . retificando-a.3 – Retificação centerless A peça é apoiada (não fixada) na cunha de apoio (ou lâmina de espera) de aço com elevada dureza.3b). 31. fixada entre centros em uma retificadora cilíndrica. não pode ser feita em peças que apresentam muitos escalonamentos. o qual gira no sentido indicado pela seta (Fig. (b) Figura 31. quando comparada à retificação de passagem. coloca-se a mesa para realizar pequenos deslocamentos à esquerda e à direita. 261 dos dois rebolos são levemente inclinados de 1 a 5° (conforme mostra a Fig. este sai da peça e. A retificação cilíndrica interna pode ser feita em retificadoras cilíndricas externas convencionais. sem interrupção. então. O movimento de avanço pode ser realizado pelo cabeçote ou pelo rebolo. (b) planetária. duas ou mais retificadoras centerless são colocadas em série. de tal maneira que a peça passa por processos consecutivos. Geralmente são necessárias diversas passadas do rebolo para se retirar todo o sobremetal.3). Isto ajuda a melhorar a qualidade da peça obtida por esta operação que não é tão boa quanto a qualidade gerada pela retificação cilíndrica entre pontas.4).4). Como a retificação interna exige que o rebolo fique em balanço. Muitas vezes. conclui-se que justamente no caso da retificação interna. 31. ocorre um pequeno movimento de penetração radial. as forças normais e tangenciais envolvidas sejam cerca de 70% maiores. Retificação Cilíndrica Interna Na retificação cilíndrica interna. 31. (d) roletada sem centros. onde o índice de rigidez do conjunto porta-rebolo é menor para uma mesma taxa de remoção de material. No retorno do rebolo. 31. (c) calçada sem centros. Existem algumas retificadoras que não têm movimento de rotação no cabeçote porta-peça e o rebolo tem movimento planetário.4 – Retificação cilíndrica interna: (a) padrão. desde que equipadas com um aparelho de retificação interna ou por retificadoras específicas para a retificação de diâmetros internos (fotos da Fig. Este movimento é axial de ida e volta. normalmente a peça fica presa ao cabeçote da máquina-ferramenta com movimento de rotação (Fig. profundidades de corte e velocidades . isto causa uma maior imprecisão no processo devido à deflexão do eixo porta-rebolo. 31. recomendam-se avanços.4. Para que as deflexões excessivas não ocorram nas hastes porta-rebolo de retificação interna. A retificação interna apresenta o maior arco de contato rebolo-peça quando comparada à retificação cilíndrica externa e à retificação plana tangencial. (a) (b) (c) (d) Figura 31. para que uma nova camada de material seja retirada no próximo passe da ferramenta. para possibilitar o arraste da peça no sentido longitudinal (sentido de avanço da peça). Como as forças normais e tangenciais submetidas ao rebolo são proporcionais aos arcos de contato. . 31.262 da peça e do rebolo da ordem de 40 a 50% menores que aqueles que seriam utilizados em retificações externas similares. Retificação Plana Tangencial Na retificação plana tangencial (Fig. 31. Em placas de pequenas dimensões (placas magnéticas permanentes) usualmente o campo magnético é gerado pelo deslocamento mecânico de conjuntos de imãs permanentes dentro da estrutura em forma de caixa que compõe a unidade. a necessidade de se ter um rebolo com pequeno diâmetro (entrar no furo a ser usinado) faz com que sua rotação tenha de ser bastante alta (em torno de 15000 rpm) para que se possam ter velocidades periféricas similares às da retificação externa.5).5). resguardando-se sempre a questão da necessidade de se eliminar os empenamentos.5 – Retificação plana tangencial. pode-se dizer que um sobremetal entre 0. enquanto o rebolo executa o movimento de avanço em profundidade. havendo necessidade muitas vezes de se desenvolver bocais de descarga apropriados para cada situação. 31. o sistema utilizado para a geração de campos magnéticos é o de bobinas elétricas no interior da caixa.5. Outra questão crítica na retificação interna é a refrigeração que deve ser introduzida dentro do furo que estiver sendo retificado. Figura 31. o eixo do rebolo é paralelo à superfície retificada. Retificação Plana Costuma-se distinguir entre a retificação plana tangencial e frontal. O sobremetal em retificações planas tangenciais dependem quase que exclusivamente das condições de empenamento e falta de planicidade da peça antes da retificação.5. O método mais comum de fixação de peças em retificadoras planas é o das placas magnéticas ou eletromagnéticas. Em placas maiores (placas eletromagnéticas – ver foto na Fig. O campo magnético liberado pelos pólos dessas placas atrai os materiais ferrosos com força suficiente para que eles suportem os esforços de retificação. Também. Este tipo de retificação plana é mais lento e muito usado para a retificação de peças grandes de baixa produção. dependendo das dimensões gerais da peça. Em geral. 31.1 e 0.8 mm situa-se em faixa razoável para esta operação. A mesa executa um movimento de avanço alternativo e um movimento de avanço transversal.1. mas as mais comuns são as de mesa circular giratória. Retificação de eixos entalhados. 31. Retificação Plana Frontal Na retificação plana frontal (Fig. Retificação de círculos excêntricos (virabrequins) e cames.6).6). 31. existem também algumas operações específicas de retificação tais como: Retificação esférica.6. Estes anéis permitem que a refrigeração seja alimentada pelo centro do eixo porta-rebolo. aumentando em muito a produtividade do processo. utilizam-se avanços transversais menores. Afiação de ferramentas de corte. o que dispensa o avanço transversal e possibilita a retificação de diversas peças simultaneamente.6 – Retificação plana frontal. Em geral. 31. 263 Usualmente divide-se a operação de retificação plana tangencial em desbaste e acabamento. e conectores elétricos giratórios para a transmissão da corrente elétrica contínua (Fig. Apesar de resultar em acabamentos inferiores quando comparados aos obtidos na retificação tangencial. Mais comum que a utilização de rebolos copo é a utilização de rebolos em anéis segmentados. intercalados por uma dressagem do rebolo. possibilitando que os intervalos entre os segmentos abrasivos sirvam para o escoamento do fluido de corte. o rebolo é bem maior que a peça. Existem as retificadoras planas frontais de mesas retangulares alternativas.5. a retificação frontal apresenta a vantagem de uma produtividade bem maior. avanços verticais mínimos e algumas passadas transversais sem qualquer avanço vertical. Retificação de engrenagens. Na primeira. No segundo. Outras Operações de Retificação Além das citadas.2. normalmente de polos anulares concêntricos. Retificação de roscas. o eixo do rebolo é perpendicular à superfície retificada. Figura 31. Retificação de rolos de laminação. por exemplo. 31. . As peças são fixadas em placas eletromagnéticas giratórias à base de latão e aço. remove-se de 80 a 90% do sobremetal utilizando-se parâmetros elevados de avanços transversais e verticais (aprofundamento). 264 . Materiais frágeis de alta dureza. 32.2. operadores com conhecimento técnico. Materiais duros que já receberam o tratamento térmico final devem ser retificados com rebolos de baixa dureza.1. sistema de guias e mancais. Materiais moles. do tamanho do grão e da dureza do rebolo. Tipo de Abrasivo. Material da peça O material da peça influi na escolha do abrasivo. Tamanho de Grão. Atualmente. Um bom planejamento das operações pode proporcionar garantia de qualidade. Forma da peça. metais não-ferrosos (principalmente o metal- duro) e não-metálicos. fluidos lubrirrefrigerantes adequados e um ciclo de usinagem bem desenhado. dressadores. procura entender a retificação como um sistema. A retificação de materiais dúcteis de baixa dureza. André João de Souza . Escolha do tipo de rebolo e da especificação. o abrasivo passa a ser mais uma variável do processo. 265 32. Já o carboneto de silício (SiC) é apropriado para a retificação do ferro fundido. Determinar corretamente o momento de dressagem do rebolo. devem ser retificados com rebolos de grãos finos. deve ser feita com rebolos de grãos grossos. menor tempo de setup e flexibilidade de produção de vários modelos de peças. material e sobremetal. Introdução Para obter uma boa operação de usinagem em retificação. alguns cuidados devem ser tomados: Escolha da retificadora e das suas características técnicas.1. A empresa Saint-Gobain Abrasivos (multinacional especializada na produção de lixas. PROCESSO DE RETIFICAÇÃO: SELEÇÃO E CUIDADOS 32. rebolos e discos de corte). os cuidados na preparação e no setup são igualmente importantes. cuidados na instalação e manutenção. o CBN. Escolha do tipo de fluido lubrirrefrigerante. que tendem a formar cavacos curtos. que tendem a formar cavacos longos. Prof. nos quais o dano gerado pelo calor é pequeno e não causa perda do tratamento térmico. que depende também de máquinas adequadas. se a escolha recair sobre superabrasivos. Todos os itens citados estão relacionados entre si e são critérios importantes a considerar em cada análise. Aços em geral e suas ligas devem ser retificados usando o óxido de alumínio (Al2O3) como abrasivo ou. fazem com que o risco de se danificar a estrutura superficial da peça seja menor. por isso. rigidez. Dureza do Rebolo.2. Desta forma. Fatores de Influência na Seleção do Rebolo 32. nunca deixar este momento ser ultrapassado sem que a dressagem seja realizada. através da metodologia System Approach. devem ser retificados com rebolos duros. que geram menos calor e. influi na seleção do tamanho de grão e da liga aglomerante. Tamanho de Grão. Rugosidade Ra Granulação Profundidade 12. Meio lubrirrefrigerante Na retificação ocorrem fortes aquecimentos que produzem marcas de superaquecimento (queima). A MRR representa o volume de material removido por unidade de tempo. que pode ser obtida somente com a liga B. Então. enquanto rebolos com grãos finos para operações de acabamento.3 80 a 100 5 a 15 m 0. a largura de corte [mm] e o avanço [mm/min] do rebolo. maior a remoção de material da peça e pior o acabamento da superfície usinada (Tab. endurecimento de certos pontos. estes podem também ser usados em operações onde se deseja retirar grande quantidade de material. A vazão recomendada em máquinas modernas é de 3 a 4.15 a 0. rebolos com grãos grossos são recomendados para operações de desbaste. Com a aplicação de fluido têm-se temperaturas de trabalho menores.8 200 a 300 1 a 8 m A taxa de remoção de material da peça (MRR = material removal rate). Para evitar estes danos térmicos é preciso reduzir a temperatura na zona de retificação. Quanto maior o grão.3.1). . Calcula-se MRR pelo produto entre a profundidade de corte [mm]. que está diretamente ligado ao acabamento da superfície usinada. desbalanceamento do rebolo e granulação do abrasivo. Por outro lado. 32. chamadas de rugosidades.1 – Relação entre rugosidade. granulação e profundidade de corte do rebolo.2. 32. Liga Aglomerante. melhor qualidade da superfície usinada e maior estabilidade dimensional e geométrica das peças. Os fluidos lubrirrefrigerantes influenciam diretamente as principais variáveis no processo de retificação. trincas etc. 16. indo de 0. Tabela 32. Acabamento da superfície usinada e taxa de remoção de material Como já citado no Cap. A Figura 32. granulação do abrasivo e a profundidade de corte do rebolo. enquanto a liga resinoide (B) para alta qualidade. o que se pode obter por refrigeração ou redução do atrito.1 a relação entre rugosidade média (R a). camadas macias por recristalização. Observe na Tabela 32. A liga vitrificada (V) deve ser utilizada quando se deseja um acabamento médio da peça.1 esquematiza a aplicação do fluido em retificação.266 32. O uso de lubrirrefrigerantes e de durezas mais elevadas do rebolo permite um incremento na sua produtividade. o acabamento da superfície usinada pode ser quantificado através de irregularidades micrométricas (sulcos) que se formam na superfície da peça durante o processo de usinagem. entre outras causas.2. cavacos menos espessos. irregularidades no movimento da mesa.5 l/min por milímetro de largura do rebolo. necessita-se de grande velocidade periférica do rebolo. As pressões aumentam com a potência da máquina. as rugosidades podem ser causadas por folgas nos eixos. Para obter ótimo acabamento.6 N/mm2.2.5 40 a 60 10 a 30 m 6. Na retificação. mais tempo levará para o descarte e menor será o impacto na natureza. fluidos não miscíveis em água são mais adequados. óleos com aditivos redutores do atrito. consequentemente. mais duro será seu comportamento. A área de contato é definida pelo tamanho do grão e pela dureza do rebolo. Acima disso. . Velocidade do rebolo. engrenagens. Figura 32. especialmente nos ressaltos normal ao eixo muito calor de atrito. área de contato e potência da máquina A velocidade de um rebolo é limitada pela resistência da liga aglomerante. há grandes exigências quanto à precisão de formas e de medidas e de qualidade do acabamento superficial. Já os rebolos com ligas resinoides operam normalmente até 48 m/s. preferencialmente. etc. reduzem o atrito e o desgaste do rebolo e mantém o mesmo livre de partículas metálicas (evita o empastamento do rebolo). sendo que alguns tipos especiais podem chegar até 100 m/s. Como já citado. retificação cilíndrica) empregam-se. de maneira preponderante. Os aditivos usados protegem contra a corrosão. gera- se. para rebolos de CBN.). Vale salientar que quanto maior a velocidade periférica do rebolo. melhor equilíbrio do processo. ou seja. o que reduz o custo total da operação e aumenta a produtividade.) e das questões relativas ao meio ambiente. 32. que resistem às forças de usinagem e não soltam os grãos do rebolo. devem ser especificados para máquinas de alta potência. roscas. A escolha correta do lubrirrefrigerante vai depender dos parâmetros da máquina (tamanho de tanque. que afetam também a seleção da dureza do rebolo.1 – Aplicação do fluido lubrirrefrigerante em retificação. meios miscíveis (aqueles capazes de formar uma mistura homogênea) em água. tipos de elastômeros etc. Na retificação com rebolos perfilados (para usinagem de ranhuras. já que a afinidade entre o óxido bórico e o vapor de água superaquecido acentua o desgaste. Vale dizer que quando os grãos se soltam do rebolo. Em operações de retificação leves (por exemplo. este perde sua agressividade e as forças de usinagem aumentam. usam-se nestes casos. ligas vitrificadas trabalham normalmente até 33 m/s e algumas ligas vitrificadas especiais até 45 ou 60 m/s. Além disto. pressão sistema de filtragem. 267 proporcionando.2. torna-se insegura a utilização do rebolo. Quanto maior a área de contato rebolo-peça. vazão. A dureza do rebolo é o ponto chave na escolha da potência da máquina: rebolos duros. quanto maior a durabilidade do fluido. A escolha do fluido mais adequado para determinado processo depende também do tipo de abrasivo e do material da peça. Por isto. Porém. maior deve ser o grão e o rebolo deve ser mais macio e mais poroso.4. causando desgaste. das pequenas espessuras de cavaco e da geometria não definida das arestas cortantes. lascamento. Um rebolo mais duro consegue segurar o grão por mais tempo e. 32. Devido às diferentes cargas sobre cada aresta (grão) e às variações das propriedades físicas de cada grão surgem. Figura 32. diferentes formas de desgaste como lascamentos e desprendimento de grãos do ligante (que podem ocorrer simultaneamente) e a perda de afiação (alisamento dos grãos e/ou do entupimento dos poros do rebolo). Os mecanismos de atrito. resistência à erosão e resistência à pressão. logo ele perderá a afiação. resistência química. . solta o grão.2). Esses diferentes tipos de desgaste levam aos seguintes efeitos sobre o grão: formação de desgaste em forma de platôs. A ação conjunta das cargas mecânicas. ele sempre se encontra agressivo. ele pode fraturar e depois se desprender do rebolo.268 32. O acontecimento de um ou outro fenômeno depende de diversos fatores. A determinação dos mecanismos de desgaste de grãos abrasivos e suas causas são problemas complexos devidos à grande variação das condições de corte. a qualidade da superfície usinada resultante e os mecanismos de desgaste do grão são o resultado da sobreposição da ação destes gumes. causando perda de afiação. As forças e a temperatura do processo. assim. Desgaste e Agressividade do Rebolo Sabe-se que o processo de retificação é caracterizado pela atuação simultânea de um grande número de arestas de corte de geometria não definida em contato com a superfície da peça. na retificação. Vida. resistência a altas temperaturas. Com o rebolo menos duro (mais macio). a perda de afiação acontece mais rapidamente. gerando o desgaste. com isso. Tanto as influências químicas como as mecânicas e térmicas geram solicitações complexas sobre o grão. rompimento de grãos inteiros do ligante e quebra do ligante quando as forças são superiores à resistência do ligante. Quando o grão sofre atrito inerente ao processo. 32. Quando o desgaste é nulo. o aglomerante não consegue suportar as tensões geradas pelo processo e. cortando dimensões micrométricas. Um rebolo pode sofrer desgaste sem perder sua afiação (ou agressividade) e vice-versa (Fig. ou ter suas arestas arredondadas (alisamento do grão). A resistência do grão ao desgaste depende de suas propriedades físicas como: dureza. deformação plástica e elástica e de formação de cavaco geram grandes pressões e elevadas temperaturas na zona de contato.3.2 – Microdesgastes do rebolo. Quando o desgaste é grande. Esta quantidade não pode ser determinada exatamente e é variável com o tempo. tendência ao lascamento. mas principalmente da dureza do rebolo. térmicas e químicas sobre o grão leva aos diferentes tipos de desgaste do grão e do ligante (Fig.3). Por isso as propriedades de tenacidade e de dureza do material de corte podem variar com o tempo. o rebolo vai perdendo a agressividade. Este seria o mecanismo ideal na utilização. o rebolo nunca perde diâmetro de uma forma homogênea – o rebolo torna-se oval –. para que sua forma original seja restituída. depois de certo tempo de usinagem. as forças crescem. Normalmente. 32. Figura 32. a fim de que não ocorra a “queima” da peça (danificação da estrutura superficial) ou prejuízo ao seu acabamento. não é isso que acontece. mesmo que o rebolo ainda esteja bastante agressivo. Neste caso.4 – Macrodesgastes do rebolo Se o macrodesgaste do rebolo é o mecanismo que predomina. 269 Figura 32. ele precisa ser “dressado”. isto é. causando perda volumétrica ou diametral do mesmo (Fig. o que gera desvios de forma na peça. o rebolo precisa ser também “dressado”. pois sempre um predomina sobre o outro. uma combinação de perda de afiação e de desgaste do rebolo. até que os grãos se desprendem.4). se estes maiores esforços não forem capazes de retirar o grão desgastado da liga (isto é. os esforços de corte crescem e. Com a usinagem.3 – Quebra dos grãos em função da velocidade. O macrodesgaste é definido como sendo a quantidade de rebolo consumida durante um determinado ciclo de operação. os grãos vão se desgastando. . dando lugar a novos grãos afiados da camada mais interna do rebolo. o rebolo precisa ser deve ser reposicionado para evitar que a peça saia da sua faixa de tolerâncias. Além disso. causar perda diametral). Se a perda de afiação é o fenômeno predominante. conglomerados. que consiste em remover grãos arredondados (rebolo espelhado) ou limpar rebolos “carregados” de cavacos (rebolo “empastado”). o dressador não removerá material de rebolo em toda a superfície. devolver ao rebolo sua forma original. múltiplos e lâmina (Rediam). retirando uma pequena camada superficial do rebolo (centésimos ou décimos de milímetro). assim.270 32.1. Observação: não se deve confundir Dressagem com Afiação. Dressagem é uma espécie de “reafiação”. informar à máquina-ferramenta a real posição da superfície externa do rebolo (o rebolo pode se desgastar perdendo diâmetro. Quanto maior o passo (equivalente ao avanço por volta) e/ou profundidade de dressagem até certo limite (equivalente à profundidade de usinagem no torneamento). porém. com maior rugosidade da peça.5 – (a) Dressadores de rebolos com diamante natural tipo ponta única. mas o mais comum é o realizado com uma ponta de diamante. O limite para o crescimento da profundidade de dressagem está relacionado com o tamanho do grão. Fig. um passe de dressagem no rebolo informa à máquina qual é o novo diâmetro do rebolo). conferir agressividade (capacidade de corte) ao rebolo. Com a dressagem. Se o passo ultrapassar a largura da ponta. (b) Dressagem de um rebolo (Zema) A dressagem é realizada para se atingir um ou mais dos seguintes objetivos: conferir ao rebolo uma determinada forma.3. como a máquina está informada da posição do dressador. lapidados. (a) (b) Figura 32. O processo se dá como se o rebolo fosse a peça em uma operação de torneamento e a ferramenta fosse o dressador (ponta de diamante. Dressagem Dressagem do rebolo é o nome que se dá à operação de reconstituição da camada exterior do rebolo. 32. Assim. toda a camada de grãos desgastados já foi removida e um crescimento adicional da profundidade de dressagem somente provocaria desperdício de material do rebolo. mais agressivo torna-se o rebolo. O limite para o crescimento do passo de dressagem é a largura de atuação da ponta dressadora. o rebolo gira e a ponta de diamante avança. gerando menores forças de retificação e maior vida do rebolo. A partir de determinado valor. . gerando uma espécie de “rosca”. Existem diversos tipos de dressagem.5). arestas cortantes novas e afiadas dos grãos do rebolo são colocadas em utilização. As vibrações na ferramenta fazem com que a precisão nos processos. Face do rebolo carregada com cavacos de materiais Rebolo muito duro. Deve-se observar se o rebolo não sofreu nenhum dano durante seu transporte ou armazenamento. Pressão de contato excessiva. 271 Afiação é a operação que tem objetivo remover o ligante entre os grãos abrasivos. Tabela 32.). arredondados (sem gumes vivos). máquina e montagem da ferramenta. interagem entre si e. não corta mais. ranhuras etc. com grãos abrasivos Grão muito fino. girar concentricamente. 32. Os elementos que compõem as máquinas. Velocidade do rebolo muito baixa. Deve-se observar que a velocidade máxima de giro do rebolo especificada no rótulo corresponda à velocidade periférica do rebolo com o diâmetro inicial. 32. Se não forem observados diversos cuidados na utilização e montagem nas afiadoras e retificadoras. alguns aços). os rebolos podem causar acidentes sérios. Espelhamento: Rebolo muito duro. Rebolo muito estreito. A segurança no emprego dos rebolos depende em geral de três fatores condicionais: ferramenta. Face do rebolo fica lisa. principalmente nos abrasivos. Desgaste excessivo: Velocidade de avanço muito grande. sem batimentos. Outras operações comuns são a limpeza (desobstrução dos poros do rebolo) e o perfilamento (dar forma geométrica ao rebolo). Descontinuidade na peça (furos. Avanço muito pequeno. dentre outras dissipam energia na forma de calor. A geometria da peça não é mais atendida. Velocidade excessiva do rebolo. Velocidade de avanço pequena. bronze.4. é geralmente utilizada após a dressagem em rebolos com ligantes resinoides. Os . portanto: ser inspecionados visualmente quanto à existência de danos e testados por ultrassom para constatar a ausência de trincas internas. Empastamento: Estrutura muito densa. ser montados adequadamente.2. O rebolo não remove mais material. ser balanceados – evita vibrações e permite a obtenção de superfícies de acabamento fino. seja imprópria para uma determinada peça. ação de forças cíclicas.2 – Problemas no rebolo e suas causas Problemas no Rebolo Causas Rebolo muito suave. ruído e vibrações. Os rebolos devem. em geral. Rebolo liso. alumínio. Possíveis Problemas no Rebolo e suas Causas A Tabela 32. Cuidados na Utilização e Montagem dos Rebolos Os rebolos devem ser acondicionados em locais livres de umidade excessiva ou sem incidência direta da luz solar em almoxarifado dotado de armários e prateleiras adequadas para cada tipo. macios (latão. devido à presença de atrito.3.2 apresenta os problemas comuns em rebolos e suas prováveis causas. O rebolo fica com forma e dimensões alteradas. 6). 32. Um sistema balanceado e livre de vibração permite: reduzir o desgaste do rebolo e a frequência de dressagem. aumentar a produtividade. eliminar as variações do processo. e é a base para o uso regular da medida e da análise de vibração. reduzir as marcas (Fig. . melhorar o acabamento. Figura 32. reduzir a quebra de abrasivos. reduzir a queima. melhorar a geometria da peça. reduzir a manutenção.272 sinais de vibração carregam muita informação relativa à condição da máquina.6 – Marcas de vibração geradas na superfície retificada. 6190 d) DNMX 11 04 08 .7015 b) CNMG 19 06 16 . 3.T01525 .6050 f) SNMM 25 09 32 . s = -4o e r = 90o) e as mesmas condições de corte (corte a seco com f = 1.19) usando a mesma ferramenta de metal-duro com cobertura adotada pelo seu orientador (geometria usada nos ensaios para obtenção dos dados tabelados: = 5o. determine o valor do ângulo de posição da ferramenta para que o rendimento seja aproximadamente igual a 85%.ecbook. Entretanto. Condições de operação: f = 0. Um estudante resolveu testar a equação empírica de Kienzle ( Fc Ks1 h1z b ) na determinação da força de corte no torneamento de ferro fundido (K s1 = 2060 e z = 0. Deseja-se tornear um eixo de aço ABNT 1040 (t = 620 MPa.5 mm/volta. ap = 1 mm e vc = 120 m/min).5 kW): a) determine o valor da velocidade de corte para que o rendimento do torno seja superior a 90%. avanço de 0. 2. O que você acha? Justifique sua resposta.4325 c) DNGQ 15 07 08 .1 kW não era capaz de executar o teste. conforme http://sandvik.se/se/pt/turning_tools_2015/.2015 e) SNGA 12 04 08 . ap = 3 mm e vc = 80 m/min.T01020 . 4.T01020 BWG . Para os códigos ISO especifique.17 e KS1 = 2110) com 100 mm de diâmetro usando profundidade de corte igual a 2.0 mm. Calcular a potência requerida na máquina-ferramenta ( = 95%) para o torneamento de ferro fundido (Ks1 = 2060. os insertos intercambiáveis T-Max P correspondentes aos seguintes códigos: a) CNGA 09 03 08 . Prof. z = 0. Para tanto. z = 0.5 mm/volta. b) se a rotação da máquina for igual a 545 rpm. r = 83o. 273 QUESTÕES DE REVISÃO: PARTE 2 – PROCESSOS DE USINAGEM Processo de Torneamento 1.650 h) TNMG 16 04 04 . Se a potência fornecida pelo motor da máquina-ferramenta é 10 CV (7.HR .4235 g) TNGA 16 04 08 .T01030 AWH .GC30 l) WNGA 06 04 08 .19) usando uma ferramenta de metal-duro K10 com = 6º e r = 70º. o estudante desconfiou que o torno convencional com potência P m = 7.S05F j) VNGA 16 04 08 .SGF .PR .7025 k) WNMG 08 04 12 . = 2o.T02520 .1125 i) VNGG 16 04 12 .WF .XM .4 mm/volta.S02035A . destinou-se uma ferramenta de corte de metal-duro com ângulo de posição 75º e ângulo de saída 12º. André João de Souza .7525 Cite pelo menos uma aplicação prática (material usinado) para cada um dos 12 insertos citados.SF . Calcule o custo mínimo de produção de um lote (Z) de 500 peças de ferro fundido GG26 para um diâmetro requerido de 60 mm usando L = 150 mm. e nem sempre diminuir a velocidade de corte implica em diminuir os custos de produção”. A soma de todos os tempos improdutivos (t1) vale 36 s e o tempo de troca da aresta cortante (tft) vale 30 s. f = 0. g = 0. Observando a figura. Justifique sua escolha.50/gume e a soma das despesas com mão-de-obra e com máquina (C2) vale R$ 45. O diâmetro requerido é de 50 mm e o percurso de avanço longitudinal é de 200 mm a 0. Dispõe-se de duas pastilhas de metal duro classe P20 (x = 5. g = 0.3 mm/volta e ap = 3 mm com insertos de metal-duro K10.00/hora.4 1000 Desgaste de Flanco [mm] VB [mm] IT 8 Força Passiva [N] 0. O custo por vida da ferramenta (Kft) vale R$ 3.25) usando f = 0. Ao considerar a soma de todos os tempos improdutivos igual a 0. o Engenheiro de Processos calculou o tempo mínimo de produção do lote. b) Não satisfeito. 0. y = 0.5 mm.274 5. Ele considerou a soma das despesas com mão-de-obra e com máquina igual a R$ 45. Não satisfeito com o resultado encontrado com a pastilha “A” (CV = 120 m/min). ele resolveu mudar para uma pastilha “B” (Cv = 160 m/min). i = 0.3 mm/volta usando profundidade de corte de 1. . Uma peça de ferro fundido GG26 (Cv = 125 m/min) deve ser usinada com ferramenta de metal- duro de alta qualidade (i = 0. 8.3 mm/volta.50/aresta e o custo por vida da pastilha “B” em R$ 4.2 500 IT 7 0.14) para o torneamento cilíndrico externo de um lote de 500 peças em aço ABNT 1045 em um turno único de 8 horas. 7.1 250 IT 7 e IT 8 = Qualidades da Superfície Usinada 0 0 0 4 8 12 16 20 Tempo de Corte [min] Figura da Questão 3 – Ferramenta de metal-duro P20 revestida com TiN na usinagem de aço ABNT 1040 com vc = 350 m/min. o Engenheiro de Processos resolveu calcular o custo mínimo de produção do referido lote. Com base na análise das condições econômicas de usinagem.20. houve aumento ou diminuição do custo mínimo de produção do lote? Justifique. 6.5 mm.28.6 min e o tempo de troca do inserto em 0. f = 0. a) O engenheiro agiu certo? Por quê? Justifique sua resposta com base na diferença de tempo de usinagem do lote para as pastilhas “A” e “B”. Determinar o tempo de vida da aresta de corte para vc = 180 m/min.3 mm/volta e a p = 3 mm. cite os três fatores que melhor representam o fim de vida da ferramenta em questão. discuta a seguinte afirmação: “nem sempre aumentar a velocidade de corte significa aumentar a produção de peças. o custo por vida da pastilha “A” igual a R$ 3.10. Na substituição da pastilha “A” pela “B”.5 min.3 Fp [N] 750 Valor Limite 0.00/hora.50/aresta. 9. ap = 1. Qual a sua escolha? Justifique. considerando uma potência de corte máxima da furadeira igual a 5. 12. indique qual parâmetro de corte (f [mm/volta] ou vc [m/min]) tem maior influência sobre a resistência à penetração da broca. A figura mostra a variação do avanço máximo permissível com o diâmetro da broca. Assim. Por isso. para a furação do aço ABNT 1025.5 kW. d) As forças de corte [N] e de avanço [N] máximos permissíveis no sistema furadeira-broca-peça. estabelecem-se apenas os parâmetros de modo a se obter a máxima produção no menor custo possível baseada no aproveitamento da potência disponível na máquina e na vida da ferramenta. c) A velocidade de corte máxima permissível v c [m/min]. deve-se procurar um reajustamento das variáveis até que o problema seja sanado. 275 10. . Justifique sua escolha. é possível classificá-la em três tipos (H. de ponta () e de saída () são os ângulos que dão à broca uma maior ou menor resistência à quebra. na prática. O conhecimento de suas relações com as variáveis do processo é principalmente de natureza qualitativa. 13. Cite e explique quais as características que uma furadeira deve ter para efetuar roscas com machos. Indique qual o tipo de broca é mais apropriado para a furação de peças de alumínio. O acabamento da superfície usinada não é levado em conta no cálculo das condições ótimas de usinagem. Com isto. Há brocas padrão (tipo N) com ângulos = 80º. Muitas das tentativas de reajuste poderão ser eliminadas se os efeitos das condições de corte (velocidade. 14.77 2 328 1. tendo em vista a resistência da broca e a força de avanço máxima da máquina. se na aplicação destas condições for verificado que o acabamento é insatisfatório. do fluido de corte. avanço e profundidade).60 Determine: a) A tensão admissível da broca usada [N/mm2]. Deve-se furar chapa fina de aço-carbono. e) Com base nos resultados encontrados no item (d). Quais são estes efeitos? Processo de Furação 11. Os ângulos de folga (). da ferramenta de corte e do material da peça forem devidamente considerados. b) A força de penetração máxima na furação [N]. baseando-se na função desses ângulos na usinagem das peças citadas.21 0. Dados: C x y 1 372 1. =118º e =140º.87 0. aço e ferro fundido. N e W). Quais são as cinco formas de desgastes comuns de uma boca helicoidal? Dentre estas. Determine: a) A razão entre os rendimentos da máquina para a broca nova e para a broca desgastada. 17. c) O avanço máximo permissível para a potência máxima gerada com o desgaste. Cite e explique de maneira clara e objetiva as principais diferenças. Processo de Fresamento 21. Os ângulos de folga (). de cunha () e de saída () são os ângulos que propiciam na fresa uma maior ou menor resistência à quebra. Observou-se no início da vida da broca (VBmax = 0) que Mt = 8. Deseja-se efetuar furos com profundidade de 250 mm e diâmetro de 20 mm.5 Nm. 16. Cite e explique qual destas duas grandezas permite a melhor indicação dos desgastes: (a) nas arestas principais de corte e (b) na aresta secundária de corte. Justifique sua escolha. quais são as duas mais importantes e por quê? Cite e explique qual destes desgastes é utilizado como critério de fim de vida de uma broca. Faça um esquema ilustrando os dois métodos. Sabe-se que a medição da Força de Avanço (Ff) e do Momento Torçor (Mt) possibilita uma determinação bem aproximada do desgaste da broca helicoidal na furação em cheio.8 mm que Mt = 10. vantagens e limitações dos métodos de fresamento concordante e discordante. é possível classificá-la em três tipos (H. 18.2 kW através do momento torçor. b) A eficiência da furadeira para a broca nova e para a broca desgastada. Explique.276 15. Por que a componente passiva da força de usinagem pode ser desprezada na medição dos esforços no processo de furação em cheio? 19. 22. N e W).2 Nm e no fim de vida da mesma VBmax = 0. Cite os três inconvenientes deste procedimento. aço e ferro fundido. Justifique sua escolha. Indique qual o tipo de fresa é mais apropriado para o fresamento de alumínio. porque no processo de furação em cheio as condições de corte na região central da broca são desfavoráveis. 23. 20. baseando-se no tempo de vida da fresa e no acabamento da peça usinada. Quais as vantagens das fresas de dentes helicoidais em relação às fresas de dentes retos? . justificando. Com isto. Efetuou-se o monitoramento indireto da largura máxima da marca de desgaste de flanco de uma broca helicoidal de aço-rápido de 10 mm na furação em cheio do aço ABNT 1025 a uma rotação de 1000 rpm em uma furadeira com potência máxima de 1. d) Explique de que maneira a aplicação de lubrirrefrigerante e a execução de um pré- furo poderiam influenciar no comportamento do gráfico. corresponde ao contorno da fresa. complete com (A) Variação da Temperatura ou (B) Variação de Esforços Mecânicos. ( ) Pode ser maior no fresamento concordante. deve ser ( ) A superfície usinada é gerada pelo gume preferida sempre que possível. superfície da peça. ( ) Gera trincas perpendiculares ao gume. Indique qual o material é o mais adequado no fresamento de latão. o fresamento possui algumas características peculiares que incentivam o aparecimento de trincas e quebras na fresa. A seleção do material da fresa se dá em função do material da peça. ( ) Por sua maior produtividade. ( ) Pode ser maior no fresamento discordante. vertical. Além dos diversos fenômenos que causam o desgaste da ferramenta em usinagem (condições de usinagem. ( ) Gera trincas paralelas ao gume. aço ao carbono com baixa dureza e ferro fundido vermicular. 26. ( ) Influenciada pelo meio lubri-refrigerante. principal da fresa. ( ) A largura de corte (ap) é bem maior que a ( ) A penetração de trabalho (ae) é bem penetração de trabalho (ae). ( ) Redução do avanço minimiza o efeito. geometria da ferramenta etc. . Quais as condições de corte recomendadas para a usinagem de acabamento de uma matriz ou molde de aço-ferramenta endurecido por meio de fresamento em altas velocidades de corte (HSM)? Justifique sua resposta considerando as tolerâncias requeridas e a produtividade. 25. 27. As figuras (A) e (B) ilustram as duas maneiras de se efetuar o fresamento de superfícies.). maior que a profundidade de corte (ap). ( ) A superfície fresada não tem relação com o ( ) A seção transversal da superfície fresada contorno dos dentes. ( ) Trincas provocadas por fadiga no material. (A) (B) Complete as alternativas abaixo conforme as especificações (A) e (B) das figuras: ( ) Fresamento tangencial em fresadora ( ) Fresamento frontal em fresadora horizontal. ( ) Trincas provocadas por tensões na ferramenta. Diante disso. 277 24. ligas de alumínio-silício. ( ) Eixo de rotação da fresa é perpendicular à ( ) Eixo de rotação da fresa é paralelo à superfície da peça. a vida do rebolo diminui. os esforços diminuem e a vida do rebolo aumenta. Faça um esquema ilustrando os dois métodos. ( ) Se a velocidade do rebolo cresce. ( ) As peças (a) e (b) podem ser usinadas em fresadora omniversal. Processo de Retificação 31. Calcule: a) Rotação da árvore da fresadora [rpm]. Cite e explique de maneira clara e objetiva as principais diferenças. o que pode ocasionar na peça? E por quê? vp a 32. Se o meio lubrirrefrigerante usado no processo de retificação não for abundante e eficiente. 30. ( ) Se a velocidade da peça aumenta. assinale V para as vc d afirmações verdadeiras e F para as afirmações falsas. 28. d) Potência consumida [kW] (vide Eq. .5). Considerando a equação da espessura máxima do cavaco hmax . (a) ( ) A peça (a) pode ser usinada em fresadora vertical e a peça (b) em fresadora horizontal.707 vezes. fz = 0. 3 mm de profundidade e 200 mm de comprimento. o rebolo se comporta como mais macio. 29. c) Tempo de corte [min]. ( ) Rasgos de chaveta só podem ser realizados em fresadoras (b) chaveteiras. Observe as figuras e assinale V para as afirmações verdadeiras e F para as afirmações falsas: ( ) As peças (a) e (b) podem ser usinadas em fresadora universal. o rebolo se comporta como mais duro. a espessura máxima do cavaco aumenta 1. z = 2 dentes. ( ) A peça (a) pode ser usinada em fresadora horizontal e a peça (b) em fresadora vertical.04 mm/dente e vc = 24 m/min com fluido de corte em emulsão para a execução de um rasgo de chaveta em um eixo de aço ABNT 1020 com 8 mm de largura. se a velocidade da peça diminui. os esforços sobre os grãos serão maiores.414 vezes. ( ) Se a velocidade do rebolo cresce. Considere uma fresa de topo de aço-rápido com 8 mm. b) Velocidade de avanço da mesa [mm/min].278 28. ( ) Quando a profundidade de usinagem dobra. ( ) Se o diâmetro da peça dobra. vantagens e limitações dos tipos de fresamento frontal simétrico e assimétrico. a espessura máxima do cavaco diminui 0. velocidade periférica muito baixa. velocidade periférica muito alta. e mais aberta deve ser a estrutura do rebolo”. maior deve ser o tamanho do grão abrasivo.3 m) em ferro-fundido. velocidade de avanço muito baixa. Associe os possíveis problemas do rebolo com suas prováveis causas. 34. Associe o rebolo da coluna da direita com a sua aplicação na coluna da esquerda: (A) AA60-L6V ( ) Retificação de desbaste (Ra 6. Explique a frase: “Quanto maior a área de contato entre rebolo e a peça que se está sendo retificada. (B) Empastamento ( ) Rebolo muito duro. menor deve ser a dureza. velocidade de avanço muito alta. maior deve ser o tamanho do grão abrasivo. (C) C100-H10B ( ) Usinagem de acabamento (Ra 0. . Em que situações os rebolos diamantados (grãos mono e policristalinos) e com abrasivos de nitreto de boro cúbico devem ser aplicados? 35. PROBLEMAS CAUSAS (A) Desgaste excessivo ( ) Rebolo muito duro. 279 33.6 m) em aços. (B) C80-P3B ( ) Usinagem leve de acabamento médio (Ra 1. 37. granulometria muito fina. 36. Considere os códigos apresentados na figura para a especificação do rebolo. estrutura muito fechada. (C) Espelhamento ( ) Rebolo muito mole.2 m) em ligas de alumínio. e o rebolo deve ser mais tenaz e mais poroso”. Explique a frase: “quanto maior a área de contato rebolo-peça. devem ser especificados para máquinas de alta potência. enquanto a liga vitrificada para acabamento fino (alta qualidade). diga qual será usado na retificação de cilindros de motores (blocos de ferro fundido). que geram mais calor e. assim. devem ser retificados com rebolos de grãos grossos. que tendem a soltar os grãos do rebolo (perda de agressividade). ( ) Materiais duros e frágeis que já receberam o tratamento térmico final devem ser retificados com rebolos de alta dureza.280 38. Assim. assinale V para as afirmações verdadeiras e F para as afirmações falsas: ( ) Aços em geral e suas ligas devem ser retificados usando Al 2O3 ou CBN. em uma retificadora plana? Qual deles será usado na limpeza de peças de ferro fundido com ferramenta manual de alta velocidade? 40. Descreva as características dos rebolos com as seguintes especificações: a) A70O 8B b) C46G 12V c) A54N 5V Sabendo que os mesmos serão usados em retificações cilíndricas. ( ) Materiais moles e dúcteis. Grãos grossos são recomendados para operações de desbaste. para o desbaste e para o acabamento de aço temperado. ( ) Rebolos duros. metais não-ferrosos e não-metálicos devem ser retificados com SiC. que tendem a formar cavacos longos. Ferro fundido. De acordo com os fatores de influência na seleção do rebolo. o risco de danificar a estrutura superficial da peça será menor. fazem com que as forças aumentem. ( ) A liga resinóide deve ser utilizada quando se deseja um acabamento de médio a grosseiro (retirada de grande quantidade de material). Descreva as características dos rebolos com as seguintes especificações: a) A46H 8V b) A60G 12V c) C30J 8V d) C16P 4B Qual deles será usado na retificação de ferro fundido. na retificação fina de cames de eixos de comando de válvula (aço duro) e na retificação de eixos de aço? 39. . p. E. 565p. CALLISTER Jr. Disponível em: http://www. London: Springer-Verlag.24.. CHILDS. “Machining handbook”. 796p. Springer Series in Advanced Manufacturing.. Washington: ASM International.hoffmann- group. A. Centro Universitário da FEI.. “Introduction to machining processes”. F. International Journal of Machine Tools and Manufacturing. P. 110p. L. (2002). Y. DAVIM. “Handbook of product design for manufacturing: a practical guide to low‐cost production”. New York: McGraw‐Hill Book Company. K.7. (2000). v. v. YAMANE. CIRP Annals - Manufacturing Technology. DENKENA. T. (2003).1-4. J. RJ: LTC.com/int/service-competence/downloads/machining-handbook. (1999).52. 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