apostila processos de usinagem
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Processos de usinagem Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau
Processos de Usinagem
Fabricao por Remoo de Material
Prof. Dr. Eng. Rolf Bertrand Schroeter (verso original)Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau (verso atual)Prof. Dr.-Ing. Walter Lindolfo Weingaertner
Reviso: 2004/1
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Processos de usinagem Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau
Sumrio
Introduo disciplina
Definio de usinagem
Usinagem dentro dos processos de fabricao
Evoluo histrica
Importncia da usinagem na industria metal mecnica
Limites dos processos de fabricao
Classificao dos processos de usinagem
Cinemtica geral dos processos
Grandezas do processo
Geometria da cunha de corte
Cavacos: mecnismo de formao, tipos, relao entre propriedades mecnicas dos
materiais e formao do cavaco, etc. Solicitaes na cunha de corte: mecnicas e trmicas
Influncias da Geometria da Ferramenta
Materias de ferramentas: requisitos, evoluo, tipos, caractersticas, emprego, custos, etc.
Revestimento de Ferramentas
Desgaste em ferramentas de usinagem: mecnismos de desgaste, formas, medio,
desgaste como critrio de fim de vida, conseqncias do desgaste, etc. Conceito de vida da ferramenta
Equao de Kisley
Conceito de usinabilidade : definies, critrios de usinabilidade
Qualidade Superficial: conceito, formao da superfcie, formas de avaliao
Fluidos de corte: funo, requisitos, emprego, cuidados, etc.
Aspectos econmicos na usinagem
Fundamentos da usinagem com ferramentas de geometria definida
Classificao dos processos
Torneamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Fresamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Mandrilamento: Generalidades e limitantes do processo, mquinas, etc.
Plainamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
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Furao: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Alargamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Rosqueamento: Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes,etc.
Fundamentos da usinagem com ferramentas de geometria no definida
Classificao dos processos
Retificao: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Brunimento: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Lapidao: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Polimento: Generalidades dos processos, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Outros de usinagem de geometria no definida
Fundamentos dos processos de usinagem no Convencionais
Classificao dos processos
Generalidades do processo, onde e quando usar, mquinas, limitantes, etc.
Remoo trmica
Remoo qumica
Remoo eletroqumica
Outros processos no convencionais: jato d'gua, outros
Planejamento do processo de fabricao por usinagem
Introduo ao Comando Numrico
Integrao CAD/CAM
Noes gerais de projeto para usinagem
Bibliografia:
Stemmer, C. E. Ferramentas de corte I. Ed. da UFSC, 1998Stemmer, C. E. Ferramentas de corte II. Ed. da UFSC, 1998Ferraresi, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais. Edgar Blucher, 1977Koenig, W. Tornear, Fresar e Furar, VDI Verlag 2000Koenig, W. Processos de usinagem com ferramenta de geometria no definida, Koenig, W. Processos de usinagem no convencionaisWeck, M. Handbook of machine tools, vol.2Weck, M. Handbook of machine tools, vol.5
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Definio de usinagem
A DEFINIO de usinagem, segundo a DIN 8580, aplica-se a todos os processos de fabricaoonde ocorre a remoo de material sob a forma de cavaco.
CAVACO poro de material da pea retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentarforma irregular.
O estudo da usinagem baseado na mecnica (Atrito, Deformao), na Termodinmica (Calor) e
nas Caracatrsticas dos materiais.
Usinagem dentro dos processos de fabricao
Relao entre processo de fabricao e qualidade superficial
PROCESSOVALORES DE RUGOSIDADE (m Ra)
50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 0,025 0,0125OXICORTESNAGGINGSERRAPLAINAMENTO, SHAPING
FURAOUSINAGEM QUMICAELETROEROSOFRESAMENTO
BROCHAMENTOREAMINGFEIXE DE ELETRONSLASERELETROQUMICATORNEMANENTO,BARREL FINISHING
RETIFICAO ELETROLTICAROLETAMENTORETIFICAOBRUNIMENTO
POLIMENTO ELETROLTICO POLIMENTOLAPIDAOSUPPERFINISHING
FUNDIO EM AREIALAMINAO A QUENTEFORJAMENTOFUNDIO EM MOLDE PERMANENTE
INVESTIMENT CASTINGESTRUSOLAMINAO A FRIOFUNDIO SOB PRESSO
50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 0,025 0,0125
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Diviso da usinagem segundo a preciso atingvelUSINAGEM PRECISO ATINGVEL
ANO 1.980 2000NORMAL 5 um 1 umDE PRECISO 0,5 um 0,1 umDE ULTRAPRECISO 0,05 um 0,01 um
Relao entre preciso e mecanismo de usinagemPRECISO MECANISMO DE USINAGEM
10 um ELETROEROSO POR FASCAUSINAGEM QUMICACORTE COM FIOS ABRASIVOS
1 um ELETROEROSO DE PRECISOPOLIMENTO ELETROLTICOUSINAGEM FINA OU RETIFICAOFOTOLITOGRAFIA (LUZ VISVEL)
0,1 um RETIFICAO DE SUPERFCIES ESPELHADASLAPIDAO DE PRECISOFOTOLITOGRAFIA (LUZ ULTRAVIOLETA)USINAGEM COM FERRAMENTA DE GUME NICO
0,01 um USINAGEM POR ULTRA-SOMLAPIDAO MECNICO-QUMICALAPIDAO REATIVAUSINAGEM A LASEREXPOSIO A FEIXE DE ELTRONSEXPOSIO A RADIAO
0,001 um (1 nm) LAPIDAO SEM CONTATOUSINAGEM INICAUSINAGEM QUMICA
SUBNANMETRO (> 1 nm) FEIXES ATMICOS OU MOLECULARES
Importncia da usinagem na industria metal mecnica
Figura 1 Exemplo de peas usianadas
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A maior parte de todos os produtos industrializados em alguma de suasetapas de produo, direta ou indiretamente sofre algum processo de
usinagem
Exemplos da importncia da usinagem:
80% dos furos so realizados por usinagem
~100% dos processos de melhoria da qualidade superficial so feitos por usinagem
o comrcio de mquinas-ferramentas representa uma das grandes fatias da riqueza mundial
~70% das engrenagem para transmisso de portncia
~90% dos componentes da industria aeroespacial
~100% dos pinos mdico-odontolgicos
~70% das lentes de contatos
Lentes para CD player ou suas matrizes
Figura 2 Exemplo de componentes de grande porte usinados
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Limites dos processos de fabricao
Figura 3 Principais limitantes dos processos de usinagem
PEA
V
,f
LIMITANTES DO PROCESSO DE USINAGEM
FIXAO DA FERRAMENTA
- Material- Estabilidade dinmica
ELEMENTOS DE MQUINA
SISTEMAS DE MEDIO E CONTROLE
ACIONAMENTO
FIXAO DA PEA ESTRUTURA
MQUINA-FERRAMENTA
FERRAMENTA
- Material- Geometria
QUESTES DE ORDEM
AMBIENTAL
QUESTES DE SEGURANAO DO OPERADOR
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Classificao dos processos de usinagem
Os processos de usinagem so classificados da seguinte forma:- Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida
Tornear
Fresar
Furar
Rosquar
Alargar
Brochar
Serrar
Plainar, outros
- Usinagem com Ferramentas de Geometria no Definida Retificar
Brunir
Lapidar
Lixar
Polir
Jatear
Tamborear, outros
- Usinagem por Processos No Convencionais Remoo trmica
Remoo Qumica
Remoo Eletroqumica
Remoo por ultra-som
Remoo por jato d'gua, outros
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A evoluo histrica dos processos de usinagem
Figura 4 Plaina Neoltica de 6000 A.C. (Spur, 1997)
Figura 5 Ferramentas de pedras (Spur, 1997)
Figura 6 Furadeira a arco egpicia 1500 A. C
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1.000 A.C. - Surgem os primeiros tornos Idade do Bronze metais predominantes Cu, Zn, Sn
700 A.C. - processamento do ferro SC. XIV - Desenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa SC. XVI - Torneamento ornamental - Jaccques Benson
Figura 7 Torno a arco 1565 (Spur, 1997)
SC. XVII Melhoria nos processos de fabricao de ferro e ao SC. XVIII - Primeiras obras conhecidas sobre torneamento Jacques Plumier - LART DE
TORNEURS.
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Figura 8 Furadeira de Willkinson Acionada a roda d'gua
SC. XIX Revoluo industrial Desenvolvimento da mquina a vapor James Watts
Primeiras Mquinas-Ferramentas projetadas segundo princpios modernos
Fabricao em srie
Ao ferramenta o principal material de ferramentas de usinagem
Figura 9 Torno de Maudslay 1848
SC. XX Sculo da tecnologia 1900 Taylor apresenta o Ao Rpido 1930 Vanner Bush inventa o primeiro computador analgico 1935 desenvolvido o Metal Duro 1946 desenvolvido o primeiro computador eletrnico digital o ENIAC 1947 desevolvido o primeiro transistor nos Laboratrios Bell 1950 Primeira mquina-ferramenta numericament controlada, utilizando um computador
eletrnico EDSAC nos MIT-EUA
1960 - Primeira LASER foi construdo por Theodore Maiman, Laboratrios Hugues
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1968 Borroughs produz os primeiros computadores utilizando circuitos integrados '70 - BRIAN Primeiras Pesquisas sobre usinagem de ultrapreciso '70 Primeiras ferramentas Cermets Japo '80 Primeiras pesquisas sobre usinagem de alta-velocidade '90 Ferramentas cermicas '90 Ferramentas CBN, Diamante
Figura 10 Evoluo da preciso na usinagem no sculo XX
SC. XXI Tendncias para este sculo
Figura 11 Tendncias para a usinagem no sculo XXI
Mquinas-Ferramentas(Instrumentos de Preciso)
Tornos e Fresadoras
Tornos de PrecisoRetificadorasLapidadorasBrunidoras
Geradoras de curvasFuradeiras de precisoLapidadoras de PrecisoMquinas de super acabamento
0,1 m
0,05 m
0,005 m
0,001 m
1 m
0,01 m
1900 1920 1940 1960 1980 2000 ANO
10- 2
10- 3
10- 4
0.03 nm
(1nm)
5 m
10 m10 m10 m
USINAGEM CONVENCIONAL
USINAGEM DE PRECISO
USINAGEM DE ULTRAPRECISO
10- 1
10 0
10 1
10 2
PREC
ISO
DE
USI
NAG
EM A
TIN
GV
EL [
m ]
EsterolitografiaEquipamentos de DifraoRetificadoras de preciso super altaLapidadoras de preciso super altaPolidoras de preciso super alta
Reificadoras de precisoLapidadoras de preciso(Retificadoras de lentes)Tornos de preciso (ferramentas de diamante)
Mascaras de alinhamento(Polidoras de Lentes)Retificadoras de Preciso (rebolos de diamantes)Tornos de ultrapreciso
Feixe de tomos ou eltronsDeposio atmica ou molecular
Sintetizao de substncias
TENDNCIAS NO DESENVOLVIMENTO DE
MQUINAS-FERRAMENTAS
MXIMA FLEXIBILIDADEMXIMA VELOCIDADE
MXIMA PRECISO - ULTRAPRECISO-
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Cinemtica geral dos processos de usinagem
Os processos de usinagem com ferramentas de geometria definida e no definida, necessitam de ummovimento relativo entre pea e ferramenta.
Figura 12 Viso Geral da cinemtica dos processos
Nos processos no convencionais a cinemtica no visa a iterao entre pea e ferramenta,
necessria a formao do cavaco, mas sim gerar um movimento de guiagem da ferramenta.
Grandezas do processo
Pea Tudo aquilo que ir sofrer uma operao de usinagem Dispositivo de fixao local onde ser fixada a pea Ferramenta tudo o que realiza uma operao de usinagem Porta-ferramenta - dispositivo destinado a fixar a ferramenta Mquina-ferramenta elemento que proporcionar os movimentos, velocidade, avano e a fora
necessria ao processo de usinagem
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Figura 13 Grandezas do processo
Movimentos que causam diretamente a remoo de cavaco:
de corte
de avano
efetivo de corte
Movimentos que no causam diretamente a remoo de cavaco:
de aproximao e afastamento
de ajuste
de correo
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Velocidades do processo de usinagem
Velocidade de Corte (Vc)
Vc = f (material pea/material ferramenta)
V c=d n1000
(Eq. 1)
Velocidade de Avano (Vf) Velocidade efetiva de corte (Ve)
Figura 14 Movimentos nos processos de usinagem
VeVc
Vf
Pea
Ferramenta
Mov. Efetivo
Mov.de Avano
Mov.de Corte
Pea
Ferramenta
Ve
Vc
VfMov. EfetivoMov.de Avano
Mov.de Corte
Vc
Mov.de Avano
Mov.de Corte
Ve
Vf
Mov. Efetivo
Pea
Ferramenta
Ve
Vc
VfMov.de Avano
Mov.de CorteMov. Efetivo
Pea
Ferramenta
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Grandezas de corte
avano (f)
profundidade de corte (ap)
largura de corte (b)
espessura de corte (h)
ngulo de direo do gume (c)
Figura 15 Grandezas do processo de usinagem
Relaes que envolvem a qualidade de uma pea usinada
Figura 16 Relaes que envolvem a qualidade de uma pea usinada
GEOMETRIA DA FERRAMENTA
DESGASTE DA FERRAMENTA
FIXAO DA PEA
ESTABILIDADEDA PEA
PESO DA PEA
TEMPERATURA DE CONTATO
DADOS DE USINAGEM
ESTABILIDADE
. ESTTICA
. DINMICA. TRMICA
RIGIDEZ ESTRUTURAL E DOS ACIONAMENTOS
ERROS NUMRICOS DE INTERPOLAO
SISTEMA DE MEDIO DE POSICIONAMENTO
REPETIBILIDADE DE POSICIONAMENTO
VIBRAESTEMPERATURA
EXATIDO
ERROS DEVIDOS AO MTODO DE OPERAO
PRECISO DA PEA
ERROS DA MQUINA
Erros do meio
Pea
r
f
.b.h
Onde:
r - ngulo de direo do gume
ap - Profundidade de corte
f - Avano
b - largura de usinagem
h - Espessura de usiangem
ap * f = seo de usinagem
b * h = seo de usinagem
Ferramenta
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Geometria da Cunha de Corte
Cada par material de ferramenta / material de pea tm uma geometria de corte apropriada ou
tima
A geometria da ferramenta influncia na: Formao do cavaco
Sada do cavaco
Foras de corte
Desgaste da ferramenta
Qualidade final do trabalho
Figura 17 Denominaes para as ferramentas de tornear
,r
Cunha de corte
Face
Flanco
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Figura 18 Geometria da ferramenta de tornear
Onde:
a = ngulo de incidncia
b = ngulo de cunha
g = ngulo de sada
e = ngulo de quina
c = ngulo de direo
l = ngulo de inclinaore = raio de quina
Direo de corte
HasteDireo de
avano
Face
Gume secundrio
Gume principal
Chanfro na face do gume principalChanfro na flanco do
gume secundrio
Flanco principal
Flanco secundrio
Quina com raio de arredondamento
Chanfro na flanco do gume secundrio
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Figura 19 Planos no sistema da ferramenta na mo Ferramentas de tornear
Figura 20 Tipos de quinas
Plano passivo da ferramenta Pp
Plano de trabalho convencional Pf
Plano de referncia da ferramenta Pr
Direo presumida do movimento de
avano
Direo presumida do movimento de corte
Ponto selecionado no gume
Interseo efetiva dos gumes
Quina aredondada Quina chanfrada
b
Plano do gume da ferramenta Ps
Plano ortogonal da ferramenta Po
Plano de referncia da ferramenta Pr
Direo presumida do movimento de
avano
Direo presumida do movimento de corte
Ponto selecionado no gume
Plano nprmal do gume Pn
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Figura 21 Denominaes para as ferramenta de furar
Figura 22 Denominaes para as ferramentas de fresar
Fatores a serem considerados na escolha da geometria da ferramenta:
- Material da ferramenta
- Material da pea
- Condies de corte
- Tipo de operao
- Geometria da pea
Direo de avano
Face
Gume secundrio
1o Flanco principal
Flanco principalFlanco secundrio
Gume principal2o Flanco principal
Corpo da ferramenta
QuinaFace Guia
Flanco
Gume principal
Canal
Gume Transversal
Direo de avano
Direo de corte
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Influncias da Geometria da Ferramenta
Figura 23 - Influncia da geometria da cunha
Aumento da estabilidade do gume
Desgastemenor
Maiores foras passivasAumento da estabilidade do gume
Reduo da vibraoReduo da Fora de corte
= 6 at 12
Elevada estabilidade do gume
= 10 at 100
Reduo da vibraoReduo da forade corte
Fase da face
Desgaste menor
Aumento da estabilidade do gume
Baixa espessura de usinagem
Melhor formao do cavacoMelhor superfcieReduo da fora de corteDesgaste menor
Aumento da qualidadesuperficial
= +6 at -6
Guia dofluxo docavaco
= -10 at + 20
r = 0,4 at 2 mm
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Cavacos
Figura 24 Denominaes para a formao dos cavacos
Figura 25 Regies da formao do cavaco
FlancoFacePea
h
h ch
Onde: = ngulo de incidncia = ngulo de cunha = ngulo de sadah = espessura de usinagem (antes da retirada do cavaco)hch = espessura de corte(depois da retirada do cavaco)
FlancoFace
Estrutura da pea
h
Estrutura do cavaco
Plano de cisalhamento
FerramentaSuperfcie de corte
,a
,b,e
,d,c
Onde: a) zona de cisalhamento
b) regio de separao do material para materias frgeis
c) superfcie do cavaco - deformaes devidas a esforos
d) superfcie de corte - deformaes devidas a esforos
e) regio de separao para materiais dcteis
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Tipos de cavacos
Figuga 26 Tipos de cavacos em funo do material
Figura 27 Classificao dos cavacos
1
23
4
4
321 Cavaco contnuo Cavaco de lamelas Cavaco cisalhado
Campo de forma- o de cavacos cisalhado, arrancado e lamelar.
Campo de formao de cavaco contnuo
Campo elstico Campo
plastico Campo plstico
Grau de deformao no plano de cisalhamento
Grau de deformao Te
nso
Tens
o
0
Cavaco arrancado
E
B
Z
0
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Solicitaes na cunha de corte
Foras na usinagem
Fora de usinagem = f (condies de corte (f, vc, ap), geometria da ferramenta (, , ), desgaste
da ferramenta)
Figura 28 Esforos no processo de torneamento
Onde:
Fc = Fora de corte
Ff = Fora de avano
Fp = Fora de avano
Fc e Ff ~ 250 a 400 N/mm2 - aos de construo mecnica
Fc e Ff ~1100 N/mm2 - materiais de difcil usinabilidade
,f ,nFf
Fp
Fc
F
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Subdiviso do trabalho efetivo na usinagem
Figura 29 Subdiviso do trabalho efetivo
Solicitaes trmicas
Figura 30 Solicitaes trmicas na cunha de corte
100
200
300
400
500
700
0 0,2 0,4 0,6 0,8 mm 1,0
m.daNm
Trabalho efetivoW
W = F . I
Trabalho de deformao
Trabalho deatrito
Trabalho de cisalhamento
Trabalho de corte
Atrito no flanco
Atrito na face
Energia latentee
calor
Material da pea 55 NiCrMoV 6
Resistncia trao R 800 N/mm
Velocidade de corte v 100 m/min
Largura de usinagem b 4,25 mm
ngulo de incidncia 5
ngulo de sada 10
Espessura de usinagem h
Trab
alho
efe
tivo
W
/ C o
mpr
imen
t o d
e co
rte
Trabalho total
Atrito no flanco e trabalho de corte
Trabalho de cisalhamento
Atrito na face
m
c
e
e e e
e
2
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Materias de ferramentas
Figura 31 Foras, atrito e movimento na formao do cavaco
Requisitos desejados em uma ferramentas de corte Resistncia compresso
Dureza
Resistncia flexo e tenacidade
Resistncia do gume
Resistncia interna de ligao
Resistncia a quente
Resistncia oxidao
Pequena tendncia fuso e caldeamento
Resistncia abraso
Condutibilidade trmica, calor especfico e expanso trmica adequados
Evoluo dos materiais de ferramenta
Ao ferramenta (1868)
Ao rpido (1900)
Stellite (1910)
Metal duro (1926)
Cermicas (1938)
Nitreto de boro cbico (dcada de 50)
Diamante mono e policristalino (dcada de 70)
Pea
Ferramenta
,n
Cavaco
,f
Atrito
ForcaMovimento
relativo
Calor
Desgaste
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Propriedades dos materiais de ferramentas
Figura 32 Caractersticas de resistncia dos materiais de ferramentas
Classificao dos materiais de ferramentas
Figura 33 Classificao dos materiais de ferramentas
Ao-ferramentaAo-rpido
Metal-duro (WC)Cermets (TiC/TiN)
Cermicaxida
Cermicano-xida
Diamante CBN
Mista Reforadac/ W iskers
xida C/ Si3N4
A l2O3 A l2O3 + ZrO2
Al2O3 A l2O3 +ZrO2 + TiC
Al2O3 +SiC-wisker
Si3N4 +demais
DiamantemonocristalinoDiamantepolicristalino
CBNCBN + TiCCBN + BNhexagonal
Materiais para Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida
Materiais CermicosMateriais de LigaoMateriais Metlicos
Materiais de Altssima DurezaCermicas de Corte
Tenacidade, resistncia flexo
Diamante
CBN
Cermicas
CERMETS
Metal-duro revestidoMetal-duro
Ao-rpidorevestido
Ao-rpido
Vc 60 dureza resist. flexo
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Resistncia a quente dos principais materiais de ferramentas
Figura 34 Resistncia a quente dos materiais de ferramentas
Dureza de alguns materiais de corte
Figura 35 Dureza dos principais materiais de ferramentas
2500
2000
1500
1000
500
200 400 600 800 1000
Dur
eza
HV
10
Temperatura oC
Cermicas xidas
Cermicas mistas
Cermicas no xidas
Metal duro P-10
Stellite
Ao rpido
Diamante
CBN
B C
SiC
TiC
- Al O
Dureza(Vickers) [ N/mm ]
Condutividade trmica [ W/mK ]
100 1000 100002500500010000
2 3
4
2RT
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Caractersticas e emprego
Aos ferramenta
Caractersticas- Acos carbono (0,8 a 1,5 % de C), semou com minimos teores de elementos de liga- Principal material utilizado ate 1900- Baixo custo- Facilidade de afiacao obtencao de gumes vivos- Tratamento termico relativamente simples elevada dureza e resistencia ao desgaste- Resistem a temperatura de at aproximadamente 250C
reas de aplicao dos aos-ferramentas- Usinagem de acos doces com Vc < 25m/min- Brocas para uso domestico hobby- Ferramentas para carpintaria
Aos rpidos
Caractersticas
- Principais elementos constituintes (W, Mo, Co, V)
- Dureza de 60 a 67 HRC
- Resistem a temperatura de at aproximadamente 520 a 600C - Clssico 18 (%W) - 4 (%Cr) 1 (%V)- Ao super rpido adio de Co- Tratamento trmico complexo- preo elevado
reas de aplicao dos aos-rpidos- Ferramentas para todas as operaes de usinagem- Ferramentas para desbaste e acabamento- Machos e cossinetes de roscas- Brocas helicoidais- Alargadores- Fresas de todos os tipos
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- Ferramentas de plainar- Escareadores- Ferramentas para trabalho a frio- Ferramentas para trabalho em madeira- outras.
Ligas Fundidas Stellite, Tantung, Rexalloy e Chromalloy
Caractersticas
- Composio tpica: 3% Fe, 17% W, 33% Cr e 44% Co
- Resistem a temperatura de at aproximadamente 700 a 800C - W Mn, Mo, V, Ti e Ta- Tratamento trmico complexo- Preo elevado
reas de aplicao dos aos-rpidos- Raro em ferramentas para usinagem de geometria definida- Material para abrasivos- Isoladores trmicos, isoladores eltricos- Fundio de materiais cermicos- outros
Metal Duro - WIDIA
Caractersticas
- Desenvolvimento 1927 - Leipzig
- Composio tpica: 81% W, 6% C e 13% Co (WC-Co)
- Resistem a temperatura de at aproximadamente 1000C (mesma dureza que o ao rpido temperatura ambiente)
- Maiores vc com relao as ligas fundidas, aos rpidos e aos ferramenta
- Aumento na vida til das ferramentas na ordem de 200 a 400%
- Boa distribuio da estrutura
- Boa resistncia compresso
- Boa resistncia ao desgaste a quente
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- Possibilidade de se obter propriedades especficas com variaes da composio decarbonetos
- A princpio utilizado para a usinagem de materiais fundidos
- Anos 70 (seculo XX)- surgimento de metais duros revestidos
- Surgimento dos primeiros Cermets (metais duros base de TiC)- maiores vcs -1973 -
Japo
Estrutura do Metal Duro
Figura 36 Distribuio dos componenes do metal-duro
onde:
a = carbonetos de tungstnio
b = cobalto
g = carbonetos de titnio, tntalo e nibio
Propriedades dos componentes do Metal Duro
Carboneto de tungstnio (WC)
- Solvel em Co => alta resistncia de ligao interna e de gume
- Boa resistncia ao desgaste abrasivo (melhor que TiC e TaC)
- Limitaes de vcs devido tendncia difuso em temperatu-ras elevadas
(TiC, TaC, NbC)
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Carboneto de Titnio (TiC)
- Baixa tendncia difuso
- Boa resistncia quente
- Pequena resistncia de ligao interna baixa reistncia de gume
- Os metais duros com alto teor de TiC so frgeis
Carboneto de Tntalo (TaC)
- Em pequenas quantidades refino do gro proporciona um aumento de tenacidade e deresistncia do gume
- A resistncia interna do metal duro cai menos do que quando utilizado TiC
Carboneto de Nibio (NbC)
- Em pequenas quantidades refino do gro proporciona um aumento de tenacidade e deresistncia do gume
- A resistncia interna do metal duro cai menos do que quando utilizado TiC
Nitreto de titnio (TiN)
- Componente de maior influncia nas propriedades dos Cermets
- Menor solubilidade no ao
- maior resistncia difuso que o TiC
- Alta resistncia ao desgaste
- Estrutura de gros finos
Cobalto (Co)
- Melhor metal de ligao para metais duros com base em WC
- Boa solubilidade do WC
- Bom ancoramento dos cristais de WC
-
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Grandezas de influncia sobre a resistncia ao desgaste e a tenacidade
Figura 40 Influncia dos constituintes do metal-duro nas suas caractersticas
(Ti,Ta)CDur
eza
Res
ist
n-ci
a
Cor
ros
o TiCTaC
Res
ist
n-ci
a a
Flex
o TaCTiC
Res
ist
n-ci
a ao
D
esga
ste
Contedo de Co
Tamanho do Gro do WC
Contedo de Car-bonetos Mistos
Qualidade do Material da Ferramenta
Alta Resistncia ao Desgaste
AltaTenacidade
Contedo de Co:
Tamanho do Gro do WC:
Contedo de Carbonetos Mistos: Contedo de Carbonetos Mistos:
Tamanho do Gro do WC:
Contedo de Co:
-
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Classificao dos Metais Duros
Metais duros base de WC-Co
Alta resistncia compresso
Aconselhveis para a usinagem de ao mole, materiais de cavaco curto, fundidos, no
ferrosos, materiais resistentes ao calor e no metlicos como pedra e madeira
Metais duro base de WC- (Ti, Ta, Nb)C-Co
Comparados aos metais duros WC-Co possuem melhores propriedades sob altas
temperaturas
Aconselhveis para usinagem de aos de cavacos longos
Metais duro base de TiC-TiN-Co, Ni (Cermets)
Grande dureza, baixa tendncia difuso e adeso, boa resistncia a quente
Apropriados para o acabamento de aos (torneamento e fresamento)
Classes de matal duroCor Classe Velocidade Avao Resistncia Tenacidade
Azul
P-01
P-10
P-20
P-30
P-40
P-50
Amarelo
M-01
M-10
M-20
M-30
M-40
Vermelho
K-01
K-10
K-20
K-30
K-40
Figura 41 Classes de metal-duro
-
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reas de aplicao dos Metais Duros- Ferramentas para quase todas as operaes de usinagem (sob a forma de insertos)- Ferramentas para desbaste e acabamento- Brocas helicoidais- Brocas para furao profunda- Fresas de topo- Alargadores, outras.
Metal Duro Fabricao
Figura 42 Etapas da fabricao de metal-duro
Carboneto de Tungstnio WC
Componentes de LigaTiC, (Ta,Nb)C, Mo C, VC, Cr , C
Metal de Ligao Co, Ni 2 3 2
Mistura, Moagem mida, Peneiramento mido
Sacagem a Vcuo Peneiramento
P de Metal Duro
Prensagem Isosttica Fria
Usinagem
Meio de Prensagem
Secagem do Pulverizado
Granulado de Metal Duro
Granulao
Prensagem Isosttica Fria Prensa com Matriz
Plastificao
Secagem a Vcuo Amassamento
Secagem a Vcuo Amassamento
Massa de Metal Duro
Moldagem por InjeoPrensagem por Extruso
Massa de Metal Duro
Enceramento Sinterizao
Enceramento Sinterizao/HIP
Enceramento Sinterizao
HIP
coisaHastes, Perfis Retificao, Corte Revestimento
Pea Pronta
Pea moldadaAfiada para Proteoao Desgaste
Hastes Especiais Perfis Broca, Fresas
Hastes, Perfisd < 22 mmBrocas com Canaisde Refrigerao
PastilhasFerramentas p/ MineraoPequenas Peas de MancaisHastes Curtas
Pequenas Massascom Geometria Complexa
-
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Materiais de corte cermicos
Classificao das cermicas de corte
Figura 43 Classificao dos materiais cermicos
==> Whiskers - cristais unitrios em formas de agulhas com alta resistncia mecnica
Caractersticas gerais:
- Alta resistncia compresso
- Alta estabilidade qumica
- Limitaes na aplicao devido ao comportamento frgil e disperso das propriedades deresistncia mecnica
- Aplicao indispensvel em reas como fabricao de discos de freio
Cermicas
Cermicas No xidasCermicas xidas
Al2O
3
Al2O
3 + ZrO
2
Al2O
3 + TiC
Al2O
3 + ZrO
2 + TiC
Al2O
3 + SiC (whisker)
2
Cermicas xidas
Cermicas Mistas
Cermicas Reforadas
Cermicas de Nitreto de Silcio
Si3N
4 + aditivos sinterizados
Si3N
4 + Sialon + aditivos
sinterizados
Si3N
4 + Metal Duro + aditivos
sinterizados
-
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Classificao das Cermicas xidas
Cermicas base de Al2 O3
- Tradicional - cermica xido branca
- Al2 O3 + xido de zircnio finamente distribudo
- Torneamento de desbaste e acabamento de FoFo cinzento, aos cementados, aos temperados eextrudados
Cermicas reforadas por whiskers
- Base de Al2 O3 + 20 a 40 % de whiskers de SiC
- Whiskers - cristais unitrios em formas de agulhas com alta resistncia mecnica
- Melhora a tenacidade (60 % maior que cermicas mistas)
- Boa resistncia a choques trmicos - corte com fluidos
Cermicas mistas (pretas)
- Base de Al2 O3 + 5 a 40% de componentes no xidos (TiC ou TiN)
- Gros finos melhor tenacide, resistncia ao desgaste e resistncia de quina
- Maior dureza que as xidas, maior resistncia a choques trmicos
- Torneamento e fresamento leves de FoFo cinzento
- Usinagem de aos cementados e temperados
-
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Figura 44 Dureza a Quente de Diversos Materias de Ferramentas
Cermicas no xidas
So cermicas a base de: Carbonetos, nitretos, boretos, silicatos, etc. Principalmente materiais
base de Si3N4
Diviso em relao composio qumica
I: Nitreto de silcio + materiais de sinterizao;
II: Nitreto de Silcio + fases cristalinas + materiais de sinterizao;
- Sialone - o Si3N4 pode conter at 60 % de Al2 O3 na mistura slida
III: Nitreto de silcio + materiais duros + materiais de sinterizao.
- Si3N4 com propriedades influenciadas por materiais como TiN,TiC, xido de zircnio e whisker - SiC
Campos de aplicao
- Usinagem de FoFo (grupo I), torneamento de discos de freio e desbaste de ligas base de nquel(grupos II e III)
2500
2000
1500
1000
500
200 400 600 800 1000
Dur
eza
HV
10
Temperatura oC
Cermicas xidas
Cermicas mistas
Cermicas no xidas
Metal duro P-10
Stellite
Ao rpido
-
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Materiais de corte superduros no-metlicos
Nitreto de Boro Cbico CBN
Diamante
Nitrero de Boro
Caractersiticas- Forma mole - hexagonal (mesma estrutura cristalina do grafite)
- Forma dura - cbica (mesma estrutura do diamante)
- Wurtzita - simetria hexagonal (arranjo atmico diferente do grafite)
- Fabricao de Nitreto de boro hexagonal atravs de reao de halogneos de boro comamonaco
- Transformao em nitreto de boro cbico atravs de altas presses (50 a 90 kbar) etemperaturas 1800 a 2200 K
Classificao e aplicaes
I CBN + fase ligante
- Ferramentas convencionais de PCBN
- Alto teor de CBN - pouco ligante - gros grandes
- Desbaste de materiais ferrosos
II CBN + carbonetos (TiC + fase ligante)
- Fase ligante composta principalmente de TiC ou nitreto de
alumnio e TiN
- Menor teor de CBN e maior de ligantes desenvolvidos
especialmente para usinagem de preciso
-
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III CBN + nitreto de boro hexagonal com estrutura de wurtzita (HBN) + fase ligante(+materiais duros)
- Cristais finos ==> alta tenacidade
- Desbaste e acabamento de aos fundidos e temperados
Diamantes
Classificao quanto a origem:
Naturais
- Normalmente na forma monocristalina
- Anisotropia das propriedades mecnicas
- Clivagem em quatro orientaes preferenciais
Sintticos
- Fabricao sob temperatura e presso elevadas
- Produo de partculas de diamante monocristalino (transformado em policristalinopor compresso a quente
quanto a composio do inserto:- Monocristalino- Policristalino diversos cristais aglutinados por galvanizao
reas de aplicao de CBN
- Monocristalino - usinagem de metais leves, pesados e nobres, borracha mole e dura, vidro,plsticos e pedra; usinagem de preciso
- Policristalino - metais leves, pesados, nobres, plsticos, carvo, grafite, metal duro pr-sinterizado,usinagem de preciso e desbaste, alumnio com alto teor de Si
-
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Distribuio dos materiais de ferramenta na indstria
Figura 45 % de Ferramentas na industria automobilstica alem 1995
Tpicos Revestimento de Ferramentas
Cosideraes Gerais sobre Ferramentas de corte
Conceito de vida da ferramenta
Desgaste em ferramentas de usinagem
Conceito de usinabilidade
CBN+PKD 2
MD - CVD 39,2
MD PVD 5,9
MD S/ REV. 35
CERMETS 4
CERMICAS 14
-
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Revestimento de Ferramentas
Figura 46 Aes de foras, atrito e movimentos no torneamento
Figura 47 Conseqncias do processo sobre a ferramenta
Funes dos revestimentos- Proteo do material de base da ferramenta- Reduo de atrito na interface cavaco/ferramenta- Aumento da dureza na interface cavaco/ferramenta- Conduo rpida de calor para longe da regio de corte- Isolamento trmico do material de base da ferrmenta
Pea
Ferramenta
,n
Cavaco
,f
Atrito
ForcaMovimento
relativo
Calor
Desgaste
Material pea /
material ferramenta
Desgaste da Ferramente
Atrito
Calor Meio
Foras
-
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Figura 48 Camadas multiplas de revestimentos e suas funes
Principais propriedades das camadas de revestimento
Carboneto de titnio (TiC)
alta dureza
proteo contra o desgaste na supercie de sada
tendncia difuso relativamente baixa
Nitreto de titnio (TiN)
estabilidade termodinmica
baixa tendncia difuso
Carbonitreto de titnio (Ti(C,N))
alta dureza
comportamento frgil
estabilidade trmica
Nitreto de Alumnio-titnio ((Ti, Al)N)
boa resistncia oxidao
boa dureza quente
xido de alumnio (Al2O3)
boa resistncia abraso
boa resistncia oxidao
Ferramenta(material de base)
Revestimento I reduo de atrito Revestimento II aumento de dureza
Revestimento IV isolamento trmico
Revestimento III conduo trmico
-
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Processos de revestimentos de ferramentas
Dois processos bsicos Processo CVD Deposio Qumica de Vapor
Processo PVD Deposio Fsica de Vapor
Processo CVD
Figura 49 Processo CVD
Processo CVD Caractersticas Gerais
Reaes qumicas na fase gasosa em alto vcuo (0,01 at 1bar)
Os produtos da reao molham o substrato
Deposio de materiais como TiC, TiN, Ti(CxNy)HfN, Al2O3, AlON separadamente ou em camadas
Revestimento de peas de geometria complexa
-
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HT - CVD (Alta temperatura - 900 - 1100 C)
Revestimento da maioria das ferramentas de metal duro
Alta fora de aderncia ao substrato
Confere ferramenta alta resistncia ao desgaste
Diminui a tenacidade do substrato
Risco de formao de fases frgeis na interface
MT - CVD (Mdia temperatura - 700 - 900 C)
Aplicao de Ti(C,N) de vrias formas
Vantagens em relao ao HT - CVD:
- Menor solicitao trmica para os mesmos modos de agregao
- Diminui o risco de descarbonetao - formao de fases frgeis
do substrato
- Ocorrem menos trincas nas ferramentas e a velocidade de
formao de rasgos menor
P - CVD (Plasma CVD - 450 - 650 C)
A temperatura no suficiente para que ocorram reaes qumicas na fase lquida
Adio de plasma pulsante para se obter energia adicional
Camadas de TiN, TiC, Ti(C,N), Al2O3
Propriedades do substrato inalteradas
-
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Figura 50 - Modificao da constituio da camada
Figura 51 Efeito da espessura do revestimento na resistncia
Espessura da camada total fixa (normalmente 5 a 12 um)
Revestimentos podem ter at 10 ou mais camadas
Aumento da espessura de Al2O3 aumento da fragilidade
TiNTiN/Ti(C,N)
400C
PCVD
550C
PVD
10
%
0
-10
-20
-30 550C700C
CVD
700CCVD
2,6
F
14,5
-40
-50
-600 2 4 6 8 m 10
Espessura da camada
Mud
ana
da
resi
tn c
ia
falh
a da
flex
o
-
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Processo PVD
3 processos:- Vaporizao a vcuo- Sputtering (pulverizao catdica)- Ionplating
Caractersticas gerais
Revestimento de ferramentas de aos rpidos de formas complexas, metais duros e cermets
Temperatura de 200 a 600 C
Espessura da camada depositada entre 3 e 5 mm
Exige tratamento superficial
No afeta a resistncia flexo do substrato
Vaporizao vcuo
Figura 52 - Processo PVD
Material de revestimento vaporizado em um conversor
Processo a alto vcuo (0,001x10-5bar)
Ajuda de gases reativos (N2, C2,... )
Resistncia aderncia na vaporizao baixa
-
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Sputtering
Figura 53 Processo PVD - Sputering
Presso de 0,1 a 10x10-5 bar
Tenso alvo (catodo) - substrato (anodo) - 500 a 5000 V
ons com alta energia cintica situam se na placa de material a ser vaporizado
Impulsos eltricos projetam os ons para os tomos responsveis pelo revestimento
Forma-se uma nuvem de poeira de tomos que se depositamno substrato
-
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Ionplatting
Figura 45 - Processo PVD Ionplatting
Vaporizao do material de revestimento por arco voltaico, resistor ou feixe de eletrodos
Tenso negativa no substrato (tenso Bias)
ons vaporizados so lanados ao substrato
Para obteno de carbonetos, nitretos ou xidos - injeo de gs reativo na cmara
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Consideraes gerais sobre Ferramentas de corte
Ferramentas inteirias
So produzidas por fundio, forjamento, barras laminadas, ou por metalurgia do p
Seus materiais incluem aos carbono e baixas ligas, aos rpidos, ligas de cobalto fundidas e
metais duros
Ferramentas de ponta arredondada permitem a aplicao de grandes avanos, em peas de
grande dimetro
Figura 54 Ferrametas inteirias
Ferramentas com insertos soldados
Ferramentas de gume nico
Corpo de material de baixo custo
Parte cortante com material de corte de melhor qualidade soldado ou montado sobre a base
Materiais cortantes usados: aos rpidos, ligas fundidas base de cobalto, metal-duro, cermica,
diamante mono e policristalino e nitreto de boro cbico
Ferramenta reta
Ferramenta com quina quadarada
Ferramenta com quina em ngulo
Ferramenta com ngulo de direo
Ferramenta do tipo offset
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Figura 55 Exemplo de ferramentas com insertos brasados
Ferramentas com insertos intercambiveis
Ferramentas mais largamente utilizadas em operaes de torneamento
Insertos de metal-duro predominam, mas insertos de aos rpidos, cermicas, diamante e CBN
so tambm usados para muitas aplicaes
Sistema de identificao normalizado, com base nas caracters-ticas mecnicas e geomtricas
dos insertos
Forma dos insertos
A geometria da pea, suas tolerncias, seu material e qualidade superficial definem o formato do
inserto
H seis formas comuns, com benefcios e limitaes, em relao resistncia a tenso
Figura 56 Sistema de codificao de insertos intercambiveis
Maior resistncia Menor resistncia
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Geometria dos insertos
Insertos com ngulo de sada negativo:
- dobro de superfcie de corte e maior resistncia,
- avano e profundidade de corte maiores
- gera um aumento nas foras de corte
- exigem maior potncia e rigidez do torno
Insertos com ngulo de sada positivo:
- bons para trabalho em material mais dctil, como aos de baixo carbono, ligas de altatemperatura e materiais que endurecem durante a usinagem
Insertos positivo-negativos:
- combinam a ao de corte dos positivos com a resistncia dos negativos
- possuem gumes realados ou sulcos na face
- em insertos revestidos, so capazes de remover material a altas velocidades eavanos, com aumento do volume de cavacos.- h diversos modelos, de diferentes fabricantes, com diferentes formas de sulcos
Tamanho dos insertos
Na maioria das formas padro de insertos, o tamanho especificado pelo dimetro do maior
crculo que pode ser inscrito no permetro do inserto (chamado IC)
Por razes econmicas, deve ser selecionado o menor inserto possvel, com o qual possa ser
empregada a profundidade de corte requerida na operao
De modo geral o comprimento do gume deve ser no mnimo o dobro da profundidade de corte
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Espessura dos insertos
Depende basicamente da profundidade de corte e do avano utilizados
Com base nestes fatores, a espessura do inserto selecionada em tabelas de fabricantes, ou
atravs de dados da literatura
Raio de quina dos insertos
Determinado pela configurao da pea e pelos requisitos de qualidade superficial
Raios de quina muito pequenos
- quinas fracas, quebra ou lascamento
- melhor controle dos cavacos e menos rudos
Raios de quina muito grandes:
- rudos ou vibraes (pequena espessura dos cavacos e aumento da fora passiva)
- mquina-ferramenta e dispositivos devem ter rigidez suficiente
Raio de quina apropriado um dos mais importantes fatores relacionados ao acabamento
superficial
De modo geral raios de quina maiores produzem melhores superfcies usinadas
Tolerncia dos insertos
Define a preciso de acoplamento
Insertos padro esto disponveis em 3 classes de tolerncia:
- usual: 0,1 a 0,3 mm
- preciso: 0,03 a 0,05mm
- alta preciso: 0,013 mm
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Material dos insertos
Depende do material de pea, operao, requisitos de produo, rigidez do equipamento e custo
por pea
H insertos de diferentes materiais e revestimentos
Cada aplicao ir requerer um tipo de material diferente
Figura 57 Ferramenta de torneamento com inserto intercambivel
Figura 58 Sistema de fixao para insertos intercambiveis
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Escolha da geometria da ferramenta
Material da ferramenta
Material da pea
Condies de corte
Geometria da pea
Geometrias usuais de ferramentas de corte
Cuidados com ferramentas de corte
Manuseio e manuteno de ferramentas de corte
Evitar o contato entre ferramentas
Cuidados no armazenamento
Danificaes no manuseio (quebras)
Figura 59 Forma incorreta e correta de se manusear insertos
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Manuteno e gerenciamento das ferramentas de corte
Limpeza
Preveno contra oxidao
Aplicao de tecnologia e manuteno de ferramentas de corte
Ferramentas adequadas aos processos
Cuidados no preparo e instalao
Condies de corte adequadas
Conceito de vida da ferramenta
Perodo no qual uma ferramenta pode ser mantida usinando de forma econmica
O critrio econmico pode ser relacionado com:
tolerncias dimensionais
tolerncias geomtricas
qualidade superficial da pea
nvel de vibraes no processo
nvel de esforos no processo
possibilidade de reafiao da ferramenta
outros
Critrios de fim de vida
So critrios que so utilizados para determinar quando uma ferramenta deve ser substituida no
processo. Esses critrios relacionado ao nvel de desgaste na ferramenta, e suas conseqncias diretas :
desvios nas tolerncias dimensionais
desvios nas tolerncias geomtricas
perda de qualidade superficial da pea
aumento no nvel de vibraes no processo
aumento no nvel de esforos no processo
aumento do custo de reafiao da ferramenta
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Principais critrios de fim de vida
Falha completa da ferramneta
Falha preliminar da ferramenta
Desgaste de flanco (VB) ou de cratera (KT)
Vibraes (monitoramento)
Acabamento superficial ruim
Rebarbas
Alteraes nos cavacos
Alteraes nas dimenses de corte
Alteraes nas foras de usinagem (monitoramento)
Aumento nas temperaturas
Desgaste em ferramentas de usinagem
Figura 60 Principais desgastes em ferramentas de tornear
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Figura 60 Principais desgastes em ferramentas de furar
Figura 61 Exemplo de desgaste de cratera e desgaste de flanco
Figura 62 Exemplo de desgaste por adeso
Desgaste Lateral ou das guias
Desgaste do gume transversal ou de ponta
Desgaste de quina
Desgaste de cratera ou face Desgaste de Flanco
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Causas e mecanismos de desgaste Danificao do gume devido a solicitaes
Adeso
Abraso mecnica
Oxidao
Difuso
outros
Figura 63 Mecanismos de desgaste
Formas de avaliao do desgaste
Medio direta
inspeo visual com comparao de padres (lupas) mecnica (paquimetros, micrmetros, outros) ptica (microscpios de ferramentaria) ptica/eletrnica (cameras CCD)
Medio indireta
aumento das vibraes aumento do rudo piora da qualidade rejeio dimensional aumentos das foras outros
Difuso
Abraso
Oxidao
Adeso
Des
gast
e To
tal
Temperatura de Corte(Velocidade de Corte; Avano e outros fatores)
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Fluidos de corte
Figura 64 Exemplo do uso de fluido de corte
Generalidades
1868 - W.H.Northcott - "A Treatise on Lathes and Turning - primeira publicao a respeito do
aumento de produtividade em usinagem devida ao uso de fluidos de corte
1894 - F.W.Taylor - pesquisa - jorro de gua na regio de corte - aumento vc 30 40%
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Funes dos fluidos de corte
Reduo do atrito entre ferramenta e cavaco
Refrigerao da ferramenta
Refrigerao da pea
Expulso dos cavacos gerados
Melhoria no acabamento superficial
Refrigerao da mquina-ferramenta
Melhorias de carter econmico
Figura 65 Funes do fluido de corte
Ferramenta Desgaste Choque trmico
Pea Exatido de forma Exatido dimensional Qualidade superficial Influncia na camada limite
Mquina-ferramenta Estabilidade trmica Preciso
Refrigerao Lubrificao Transporte de cavacos
Dados TrmicosNa peaNa ferramentaFormao de cavacoEstabilidade trmica da mquina-ferramenta
Formao de cavacoRetirada de cavacosda peada ferramentada mquina-ferramenta
Aumento do atritoAumento das adeses
-
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Reduo do atrito entre ferramenta e cavaco
Figura 66 regies de ao do fluido de corte
Zona A - diminuio do atrito na interface ferramenta-cavaco (diminuio do calor gerado)
Zona B - diminuio do atrito na interface pea-ferramenta (diminuio do calor gerado)
Zona C - diminuio do atrito entre a ferramenta e o cavaco (aumento do ngulo de cisalhamento f
e, diminuio de na taxa de deformao e0)
Refrigerao da pea
Reduo de deformaes devidas s tenses oriundas de grandes aquecimentos locais ou
mesmo totais
Eliminao de cores de revenido na superfcie usinada (usinagem por abraso (retirada de
material por atrito), operaes de retificao - acabamento da pea
Manuteno das medidas da pea em trabalho em operaes com tolerncias estreitas
Facilidade para o manuseio da pea usinada
ACavaco
Ferramenta
,h
Superfcie de sada
B
Pea
Superfcie de incidncia ou folga
Plano de cisalhamento
, h'
-
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Expulso dos cavacos gerados
Muito importante principalmente em processos como furao, furao profunda e alguns tipos de
fresamento
Melhoria do acabamento superficial
Diminuio de danos trmicos
Diminuio do atrito ferramenta / pea
Refrigerao da mquina-ferramenta
Manuteno da preciso da mquina - dimenses e posies de guias e dispositivos
Melhorias de carter econmico
Reduo do consumo de energia - diminuio do grau de recalque e consequentemente da fora
de usinagem
Reduo dos custos de ferramenta - reduo do desgaste aumento da vida
Diminuio ou eliminao da corroso na pea - proteo do filme de fluido da umidade, vapores,
etc
-
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Principais Fluidos de Corte
gua - reduo da temperatura
leos graxos - reduo do atrito
leos minerais - inicialmente na usinagem de lato, ligas no-ferrosas e operaes leves
com ao
leos minerais com leos de toicinho - operaes mais severas
Surgimento de novos materiais de ferramentas, possibilitando maiores vcs -
desenvolvimento dos fluidos
Combinaes de leos minerais , leos graxos e aditivos ( enxofre , cloro , fsforo, etc)
Minimizao do uso de fluidos - sade e meio ambiente
leos de corte
leos minerais com ou sem aditivos
- leos Minerais ativos - leos de extrema presso ( EP) e antisoldante (Usinagens mais severas)
leos Minerais inativos
- leos minerais com aditivos qumicos inativos (leos minerais puros, leos graxos,compostos de leo mineral e leos graxos puros , sulfurados e sulfurados-clorados)
leos emulsionveis
leos solveis (gua , agentes emulsificantes e aditivos)
Vantagens: - grande reduo de calor
- remoo de cavacos - mais econmico - melhor aceitao pelo operador - menos agressivo sade e mais benefcios a segurana
-
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Fluidos Sintticos No contm leos de petrleo
Caracterstica de fluido refrigerante
Vantagens: - alta capacidade de refrigerao
- vida til do fluido bastante grande- filmes residuais pequenos e de fcil remoo- fceis de misturar- relativa facilidade no controle da concentrao desejada
Fluidos Gasosos Ar comprimido - retirada de calor e expulso dos cavacos da zona de corte.
Menor viscosidade - melhor penetrabilidade na zona ativa da ferramenta
Argnio , Hlio , Nitrognio e Dixido de Carbono garantem proteo contra oxidao e
refrigerao mas proporcionam altos custos
Efeitos do uso de fluidos de corte
Desgaste de adeso - efeito de lubrificao - eliminao de pequenos gumes postios dentro de
uma certa faixa de vc
desejvel a formao de graxas resistentes alta presso e com baixa resistncia ao
cisalhamento (aditivos EP)
A ao de alguns componentes (enxofre, cloro e fsforo) comea somente a partir de uma certa
temperatura
Com o aumento de vc as condies para a formao do filme de fluido tornam-se desfavorveis
Diminuio do tempo para a reao entre os aditivos e a superfcie metlica
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Aumento de temperatura - deformao da ferramenta e difuso - necessria a refrigerao na
zona de corte
A partir de uma certa vc a vida da ferramenta muito mais influenciada pela capacidade de
refrigerao do que de lubrificao de um fluido
Efeitos do uso de fluidos de corte
Curvas desgaste e velocidade de corte para o corte a seco e para a aplicao de diversos fluidos
de corte
Figura 67 Influencia do uso de fluido de corte
A emulso leva a um resfriamento, e conseqentemente a um aumento da resistncia do material
Desgaste reduzido - vc mx p/ VBmx (percurso total maior)
aumentar a vida com diminuio da temperatura de trabalho (ter condies de temperatura de
usinagem no gume prxima temperatura de amolecimento)
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Tendncias no uso de Fluidos de Corte
Figura 68 Limitantes do uso de fluido de corte
At h poucos anos - minimizao de custos e aumento de produo
Atualmente - custos, produo e preocupao com aspectos ambientais
No futuro - leis ambientais rgidas
Aspectos ecolgicos
Aspectos tecnolgicos
Aspectos econmicos
Leis de proteo ambiental
Exigncias da sociedade
Mercado consumidor
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Conceito de usinabilidade
Definio: Capacidade dos materiais de se deixarem trabalhar com ferramentas de corte
Materiais diferentes tem comportamento diferente
Ligas de mesmo material tambm podem ter comportamento diferentes
Principais problemas decorrentes da m usinabilidade de um material
desgaste rpido
super aquecimento da ferramenta
empastamento da ferramenta
lascamentos no gume de corte
comprometimento da qualidade superficial
necessidade de grande potncia de usinagem
grandes esforos de usinagem
Principais grupos que influnciam a usinabilidade
I Variveis dependentes da mquina-ferramenta rigidez esttica da mquina e seus constituintes
caractersticas dinmica da mquina
potncia e fora disponveis na ponta da ferramenta
gama de velocidades de corte e avanos
II Variveis dependentes da ferramenta geometria da ferramenta
material da ferramenta
III Variveis dependentes da pea formas e dimenses
rigidez esttica da pea
rigidez dinmica da pea
propriedades fsicas, qumicas e mecnicas do material pea
Temperatura da pea
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IV Variveis dependentes do fluido de corte propriedades refrigerantes
propriedades lubrificantes
temperatura do fluido
forma e intensidade de aplicao
nvel de contaminao do fluido
V Variveis dependentes do processo Velocidade de corte
parmetros do processo (ap, f, etc.)
forma de atuao da ferramenta na pea (ex.: corte interropido, corte contnuo, forma de
entrada e saida da ferramenta, etc.)
Critrios de avaliao da usinabilidade
vida da ferramenta entre duas reafiaes sucessivas
grandeza das foras que atuam sobre a ferramentaria e protncia consumida
qualidade do acabamento supercial obtida
facilidade de formao e romao do cavaco
Somente os trs primeiros so passveis de serem quantificados por meio de ensaios de usinagem
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Torneamento
Importncia do torneamento
Figura 69 Distribuio do comrcio de mquinas-ferramentas 1975
Classificao Quanto Exatido AtingvelAno Normal Preciso Ultrapreciso
1980 5 um 0,5 um 0,05 um
2000 1 um 0,1 um 0,01 um
2 %
10,4 %29,2 %
5 %
13,2 %2
2,3 %15,8 %
7,2 %
14,9 %Mquinas-ferramentas especiais de usinagem
Acessrios e Peas de Reposio para Mquinas-ferramentas
Fresadoras
Mquinas para furao
Tornos
Geradoras de Engrenagem
Mquinas de Polimento, Lapidao e Brunimento
Mquinas de Preciso e Serras
Plainas e Brochadeiras
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Generalidades
Evoluo das Mquinas-Ferramentas
400 A.C. surgem os primeiros tornos
Figura 70 Torno a pedal -1498 (Spur, 1997)
Figura 71 Torno de Mausdlay - cerca de 1800 (Spur, 1997)
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Figura 72 Torno automtico multi-fusos (1894)
Figura 73 Torno de comando numrico (1981)
(a) M-F alta velocidade (b) M-F hexapodeFigura 74 Tendncias das Mquinas-Ferramentas
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Cinemtica do processo de torneamento
Figura 75 Cinemtica do processo de torneamento
Torneamento LongitudinalTorneamento transversal
Torneamento bi-direcional Polar Torneamento bi-direcional Cartesiano
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Principais operaes no torneamento - DIN 8589
Principais operaes no torneamento - DIN 8589Operao de torneamento Externo Interno
Longitudinal
Faceamento SangramentoPlano ou transversal
Helicoidal
de forma
de perfil
de gerao
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Cinemtica do processo de torneamento
Figura 76 Formao da superfcie no torneamento
Ferramentas de corte para torneamento
A maioria dos processos de torneamento fazem uso de ferramentas simples;
Todas as ferramentas de torneamento tem basicamente forma semelhante;
So compostas de uma parte cortante e de uma haste para fixao
Ferramentas podem ser integrais, ou com insertos;
Os insertos podem ser fixados haste mecanicamente ou por brasagem ;
Insertos intercambiveis tm hoje a mais ampla aplicao no torneamento.
Peaa
p
f
.b.h
Onde:
r - ngulo de direo do gume
ap - Profundidade de corte
f - Avano
b - largura de usinagem
h - Espessura de usiangem
ap * f = seo de usinagem
b * h = seo de usinagem
Ferramenta
r
r
,f
r ttf 2
8r
Rtt = rugosidade terica,a
p
-
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Formas de ferramentas
Figura 77 Dormas das ferramentas de torneamento
Torneamento cilindrico externo
Figura 78 Relao para L/D no torneamento
L/D > 1,5 fixao em balano
L/D < 1,5 fixao com contra-pontas
Ferramenta com quina quadrada
Ferramentas offset
Ferramenta com quina em ngulo
Ferramenta com ngulo de direo
Pea
Ferramenta
L
D
-
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Torneamento cilndrico interno
Figura 79 Problemas no torneamento interno
Problemas de refrigerao, sada de cavacos e vibraes
Figura 80 Exemplo de ferramentas par torneamento interno
Pea
Ferramenta
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Relaes que definem a escolha de um torno
Figura 81 Relaes que definem ferramenta e mquina no torneamento
Relaes que definem ferramenta e mquina no torneamento: Geometria
Material da pea
Tamanho do lote
Prazo do lote
Relao L/D
Grau de complexidade
Grau de desbalanceamento
Quantidade de operaes
Quantidade de ferramentas necessrias
Dispositivos e acessrios disponveis
Pea
Dimenses tolerncias dimencionais
Caractersticas geomtricas tolerncias geomtricas
Qualidade superficial
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Mquinas-ferramentas para o torneamento
Figura 82 Constituintes de um torno universal
Tornos Universais
Figura 83 Torno universal ou convencional
RVORE PRINCIPALSISTEMA DE
FIXAO DA PEA
ESTRUTUTRA RVORE
PORTA-FERRAMENTAS CONTRA-PONTA
REDUES E TRANSMISSES
ACIONAMENTO
SISTEMA HIDRLICO E/OU
PNEUMTICO
ACIONAMENTO / ACOPLAMENTOS / ELEMENTOS DE TRANSMISSO E CONVERSO DE MOVIMENTO
ESTRUTURA
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Caractersticas: baixo grau de automao
fabricao pequenos lotes
uso em oficinas e ferramentarias
grande dependncia do operador
baixas velocidades e avanos
Tornos Revolver
Figura 84 Torno revolver
Caractersticas: grau de automao mdio - principalmente mecnica
fabricao pequenos e mdios lotes
uso em produo
grande dependncia do operador
baixas velocidades e avanos
Observaes: Os modernos tornos revolvers apresentam baixa dependncia do operador, devidoprinciplamente pela substituio da automatizao mecnica por eletrnica, controlada porcomputador ou microprocessadores. Os mesmos tambm apresentam velocidades e avanos bemmaiores do que os encontrados nos tornos revolvers clssicos, sendo esses parmentroscomparveis aos das modernas mquinas de comando numrico.
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Tornos Copiadores
Figura 85 Exemplo de torno copiador
Caractersticas: alto grau de automao mecnica / eletrnica
fabricao pequenos e mdios lotes
uso em produo
grande dependncia do operador
baixas velocidades e avanos
Observaes: Os tornos copiadores perderam sentido na indstria com a dissiminao dos tornosde comando numrico e com as modernas tcnicas de modelamento em CAD/CAM .
Tornos automticos
Figura 86 Exemplo de torno automtico
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Caractersticas: alto grau de automao mecnica / eletrnica
fabricao grandes lotes
uso em produo
pouca dependncia do operador
mdias velocidades e avanos
Observaes: Os modernos tornos automticos rcontam com alto grau de automatizaoeletrnica, controlada por computador, microprocessadores e CLPs. Os mesmos tambmapresentam velocidades e avanos bem maiores do que os encontrados nos tornos automticosclssicos, sendo esses parmentros comparveis aos das modernas mquinas de comandonumrico.
Tornos de comando numrico
Figura 87 Exemplo de torno de comando numrico
Caractersticas: alto grau de automao eletrnica
fabricao pequenos e mdios lotes
uso em produo
baixa dependncia do operador
altas velocidades e avanos
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Tornos de ultrapreciso
Figura 88 LODTM torno de ultrapreciso por comando numrico
Caractersticas:
alto grau de automao
fabricao pequenos e mdios lotes
fabricao de peas especiais, ou peas nicas
uso especial
baixa dependncia do operador
velocidades e avanos muito baixas
Tornos Especiais
Caractersticas:
automao uma
fabricao pequenos, mdios e grandes lotes
uso especial - linhas transfer, peas de grande dimenses, etc.
alta dependncia do operador
velocidades e avanos so funo do tipo de pea a que se destina.
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Fixao de peas no torneamento
Caractersticas dos sistemas de fixao
A fixao deve ser segura, rpida e precisa
Potncia requerida para o corte deve ser integralmente transmitida pea
Fora necessria para uma fixao segura depende da geometria e material da peca, ferramenta
e parmetros de corte, sem deixar marcas ou distorcer a pea
Velocidade segura depende do tamanho e da geometria da pea, forma e acabamento desejado,
rigidez do setup e tipo de fixao, tipo de operao e ferramentas
Sistemas comuns de fixao so:
placas de castanhas
discos,
pinas
mandris,
placas magnticas,
placas de vcuo, ou
colagem e resfriamento.
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Tipos de Fixao de peas no torneamento
Placa de Castanhas
Placas podem ser de trs ou quatro castanhas
Podem ser autocentrantes ou com castanhas independentes
Podem ter fechamento manual ou automtico (pneumtico)
Podem ter castanhas integrais ou castanhas intercambiveis
Castanhas podem ser moles ou duras (temperadas)
Castanhas podem ser internas ou externas
Figura 89 Placa de trs castanhas autocentrantes
Entre pontas
Figura 90 Exemplo da fixao entre pontas
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Serve para o torneamento de peas longas
So necessrios furos de centro nas extremidades das peas
Movimento de rotao transmitido pea por meio de ressaltos na contra-ponta ou por grampo
Pinas
Serve para o torneamento de peas pequenas
Torneamento de peas de preciso
Elevada preciso de rotao e baixas deformaes induzidas a pea
Figura 91 Exemplo de pina para tornos
Outras formas de fixao
Placas magnticas
Placas de vcuo
Colagem
Dispositivos especiais.
pina estacionria
Pina push out
Pina draw-in
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Escolha do sistema de fixao
A pea, o torno e as ferramentas determinam o sistema de fixao a ser utilizado
A seleo criteriosa do sistema de fixao garante a obteno de melhores resultados
A pea deve ser presa pelo seu maior dimetro prtico, para suportar o torque durante o corte
mais facilmente
Figura 92 Fomas correta e errada de fixao de peas no torneamento
As peas devem ser fixadas o mais perto das faces das placas possvel
Figura 93 Fomas correta e errada de fixao de peas no torneamento
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Ajustagem da ferramenta no torneamento
Figura 64 Ajustagem do ngulo de posio
Figura 95 Ajustagem do centro da ferramenta torneamento logitudinal
Ferramenta
.b
r
r ,b r
,b
Onde:
r - ngulo de direo do gumeb - largura de usinagem
Pea
Erro
no
dim
etro
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Figura 96 Ajustagem do centro da ferramenta torneamento transversal
Parmetros de corte e variveis de trabalho no torneamento
Requisitos de potncia para o torneamento
Potncia necessria para usinar um material especfico: P=U pV c60C f a p
Onde : UP = unidade de potncia
C = fator de correo de avanovc = velocidade de corte [m/min]
f = avano [mm]ap =profundidade de corte [mm]
Potncia necessria para remover material a uma taxa de 1 cm3
s
U p=F cf a p
Onde: UP=unidade de potncia
Fc =fora de corte [N], medida em experimento
f = avano [mm]ap =profundidade de corte [mm]
Valores representativos de UP para diversos materiais so encontrados na literatura
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Consideraes sobre velocidade, avano e profundidade de corte
Parmetros que afetam a taxa de material removido e a vida da ferramenta
Um aumento destes parmetros aumenta a taxa de remoo de material, mas diminui a vida da
ferramenta
Afetam igualmente a taxa de remoo, mas tm efeitos isolados diferentes sobre a vida da
ferramenta
Profundidade de corte (ap)
Parmetro que menos afeta a vida da ferramenta
Pequeno efeito sobre a vida da ferramenta, para profundidades de corte 10 vezes menores que o
avano
Aumentos de 50% na ap reduz em apenas 15% a vida da ferramenta
Aumentar a ap o melhor mtodo para aumentar a taxa de remoo de material
Limitantes da ap:
quantidade de material a ser removido
potncia disponvel na mquina
rigidez do sistema mquina-pea-ferramenta
capacidade da ferramenta
acabamento superficial e preciso requeridos
forma da pea
Recomenda-se 50 a 75% de engajamento do gume na pea
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Avano
Tem grande efeito sobre a vida da ferramenta
50% de aumento na taxa de avano provoca reduo de 60% na vida da ferramenta
Utilizar o maior avano possvel, para maiores taxas de remoo e menores potncias aplicadas
Aumentos no avano so limitados mquina ferramenta, pea, requisitos de qualidade superficial
e set-up para suportar as foras de corte
Acabamento superficial
Avano tem o maior impacto sobre qualidade superficial
Aumento no raio de quina ou reduo no avano melhoram a qualidade da superfcie
Primeiro selecionar o avano (produtividade/vida),depois o raio de quina (acabamento)
Velocidade de corte (vc)
Maior efeito sobre a vida da ferramenta que o avano e a profundidade de corte, sendo de crtica
seleo
No geral, 50% de aumento na velocidade de corte resulta em 90% de perda na vida da
ferramenta
Um aumento na vc o meio menos desejvel para se aumentar a produtividade
Materiais de corte como metais duros revestidos, cermicas, diamante policristalino e CBN tm
boas propriedades a altas velocidades de corte
Uma alta vc pode gerar problemas de vibrao, vida de componentes da mquina, produo e
segurana
Criteriosas consideraes devem ser feitas a respeito de aumentos na produo e custos / pea
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Fresamento
Figura 97 Exemplos de operaes de fresamento
Figura 98 Caractersticas da fresa
Direo de avano
Face
Gume secundrio
1o Flanco principal
Flanco principalFlanco secundrio
Gume principal2o Flanco principal
Corpo da ferramenta
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Generalidades do processo de fresamento
Processo de remoo de cavaco com movimento de corte circular da ferramenta
Ferramenta com um ou vrios gumes atuando simultaneamente para a gerao de superfcies
Processo utilizado na gerao de superfcies que no so de revoluo, como as produzidas no
torneamento O movimento de corte transcorre de forma normal ou oblqua direo de rotao da ferramenta.
Diviso do processo de fresamento - norma DIN 8589 Fresamento plano
Fresamento circular
Fresamento de forma
Fresamento de gerao (engrenagens)
Fresamento de perfil
Diviso de acordo com a cinemtica do processo
Figura 99 Diviso de acordo com a cinemtica
Fresamento frontal / Fresamento perifrico
Figura 100 Fresamento frontal e fresamento perifrico
Fresamento de Topo Fresamento FrontalFresamento em 3-D e 5 eixos
a p
fz
Fresamento Frontal
Ferramenta
Direo de avano
Pea
,ae
,fz
Fresamento Perifrico
Ferramenta
Pea
-
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Fresamento concordante / Fresamento discordante
Figura 101 Fresamento concordante e discordante
Descrio das condies de usinagem no fresamento
Informaes gerais (vc, f, ap, etc)
Fresamento concordante / discordante
Dimetro da fresa
Nmero de dentes (Z)
ngulo de engajamento (definido por jE e jA)
Penetrao de trabalho (ae)
Avano por dente (fz)
Direo de avano
Fresamento Discordante
Ferramenta
Parte Concordante
Ferramenta
PeaPea
Direo de avano
Direo de avano
Fresamento Concordante
Parte Discordante
Fresamento Concordante / Discordante
-
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Figura 102 Descrio das condies de usinagem em fresamento
Geometria positiva (gf e gp > 0)
Geometria negativa (gf e gp < 0)
Forma do contato
T U
Sb
S Sa
V Va
b=a p
sinri=arc cos
aeiD 2
h = f z sin sinr
,h
,f
,ap
,b
C-C
Ferramenta de corte
BBA
B-B
,n r
AFerramenta
p
,fz
D
r
Vc
Vf,a
e1,a
e2
,ae
=0
u
,n
Plano de entradaPlano tangencial
,fz
E=0
,n
A
E
ACC
(fz >> D/2)
-
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Materiais de ferramenta comumente utilizados em fresamento Os materiais empregados para o fresamento no podem ser comparados diretamente com os
empregadas no torneamento
Foram desenvolvidos especificamente para apresentam resistncias trmica e mecnica a
esforos alternantes elevados
Material da pea Material da ferramenta
Ao Aos rpidos e metais duro P15 a P40
Fofo, metais no ferrosos, plsticos e aos temperados metais duro K10 a K30
Aos HB 45) CBN
Variaes do processo e caractersticas especficas
Fresamento frontal
usual inclinar-se o eixo da fresa de 0,5 a 1o para evitar o contato da parte no ativa do cabeote
de fresar O ngulo de direo do gume tem uma grande influncia sobre as foras ativas e passivas e
conseqentemente sobre a estabilidade do processo O fresamento de acabamento tem ganhado importncia devido possibilidade crescente do
trabalho completo em apenas uma mquina Processo utilizado para usinagem de grandes superfcies
ae consideravelmente maior que ap Superfcie da pea gerada pelo gume secundrio, c = 90o - fresamento de canto - superfcie
gerada pelos gumes principal e secundrio Usinagem de rasgos de chavetas, sees retangulares e furos longos - fresas macias de ao
rpido, ferramentas com insertos reversveis ou brasados Usinagem de superfcies grandes e planas - cabeotes de fresar com insertos reversveis
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Figura 103 Exemplos de fresas frontais
Tamanho e nmero de dentes do cabeote de acordo com dimenses da superfcie e da potncia
de acionamento da mquina
Para evitar vibraes regenerativas do sistema, os cabeotes so providos de uma diviso no
regular dos dentes
Cabeotes de fresar grandes so subdivididos em duas partes para facilitar a troca da ferramenta
- troca do anel externo com os insertos
Flexibilidade no uso dos cabeotes - uso de cassetes - insertos de diferentes tamanhos e formas
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Ferramentas de acabamento
Figura 104 Fresamento de acabamento
Fresamento com ferramentas de acabamento com grande nmero de insertos (ap e fz pequenos)
Fresamento com ferramentas de acabamento com pequeno nmero de insertos (ap pequena e fzgrande)
Fresamento combinado - gumes de desgaste de acabamento
Fresamento tangncial
Figura 105 Fresamento tangncial
fz
apfz
apfz2
p2a
ap1
zf 1
Fresamento de acabamento Fresamento de alisamento Fresamento de acabamentocom pastilhas de acabamento
e pastilhas de alisamento
Nmero de gumes de acabamento 20 a 30Nmero de gumes de alisamento 1 a 2Pastilhas de acabamento = 0,5 a 2 mm
= 0,1 a 0,3 mm
Pastilhas de alisamento = 0,03 a 0,05 mm
= 2 a 5 mm
1ap
1zf
2pa
2fz
Nmero de dentes 10 a 60
= 0,3 a 1 mm
= 0,3 a 0,5 mm
ap
zf
Nmero de dentes 1 a 7
= 0,05 a 0,2 mm
= 0,5 a 6 mmfz
ap
Direo de avano
Ferramenta
Pea
Ve
Vc
VfMov.de Avano
Mov.de CorteMov. Efetivo
Pea
Direo de avano
Pea
Fc
FfFora de Avano
Froa de Corte
Fora de Usinagem
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Consideraes sobre o fresamento de acabamento: ap consideravelmente maior que ae Superfcie da pea gerada pelo gume principal
Em geral empregado fresamento tangencial discordante
Ferramentas podem ser de ao rpido ou com insertos de metal-duro
Dentes retos - alta solicitao dinmica
Dentes helicoidais
Menor solicitao dinmica
Fora axial que pode levar ao deslocamento da pea e / ou da ferramenta
Fresa espinha de peixe - eliminao das solicitaes axiais
Figura 106 Exemplo de fresa espinha de peixe
Obteno de perfis com cantos vivos - fresas combinadas
Figura 107 Fresa combinada topo+tangencial
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Fresamento de perfil
As ferramentas para fresamento de perfil so adequadas forma do perfil que deve ser executado
Ferramentas macias (fresa de forma) ou compostas
Ferramentas macias - construdas em ao rpido
Usinagem de rasgos, raios, rodas dentadas e cremalheiras, guias de mquinas-ferramentas.
Figura 108 Exemplo de fresa de perfil
Fresamento de topo
Processo de fresamento contnuo frontal e perifrico
Usinagem de formas complexas ex. matrizes, rasgos etc.
Dependendo da aplicao, as ferramentas tem ndice de esbeltez elevado (l/D = 5 a 10) -
problema de vibraes
Vibraes implicam desgaste acentuado, lascamentos do gume, erros de forma e dimensionais
Ferramentas de ao rpido revestido e com insertos
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Fresamento de topo
Consideraes para escolha da ferramenta de fresamento de topo
Tipo de Fresa AplicaoFresa para ranhuras com cone morse
Fresa de topo com haste cilndrica Corte direitacom hlice direita
Fresa de topo com cone morse Corte direitacom hlice esquerda
Fresa de topo semi-esfrico com haste cilndricaCorte direita com hlice direita
Fresa de topo cnica para matrizaria Corte direita com hlice direita
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Fresamento de topo
Classificao em grupos segundo o material a usinar
Tipo da Hlice Campo de aplicao Ferramenta
NUsinagem de materiais comresitncia e dureza normais
HUsinagem de materiais duros,tenazes duros e/ou cavacoscurtos
WUsinagem de materiais moles,tenazes e/ou de cavacos longos
Perfilamento do gume principal em fresas de desbaste
Fresas de desbaste com perfil da parte cortanteQuebra cavaco Grupo N Grupo H
Perfil plano(F)
Perfil ondulado(R)
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Fresamento de gerao
Simulao interao entre um caracol (ferramenta) e uma roda dentada
Superposio de movimentos de translao da ferramenta (axial e transversal) e da roda dentada
(radial)
Mais comumente empregado - gerao axial
Fresamento concordante no desbaste e discordante no acabamento
Cinemtica na gerao por fresamento
Figura 109 Exemplo de fresamento de gerao
Figura 110 Cinemtica do fresamento de gerao
fa+-
sw
vc
v Velocidade de corte
f Avano axial
f Avano da engrenagem
c
a
wRotao da fresa
Rotao da engrenagem
Avano TangencialAvano radial
-
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O nmero de entradas da hlice ao longo do cili
ndro determina o nmero caracterstico da fresa
Os dentes so detalonados - ngulos de sada nos flancos
O ngulo de inclinao da fresa dado pelo ngulo de inclinao da hlice da engrenagem e o de
hlice do caracol
Figura 111 Exemplo de fresas de gerao
A ferramenta utilizada sem revestimento nas faces
O desgaste de cratera substitui o desgaste de flanco na determinao da vida da ferramenta
Aumento de at 500% no volume de cavacos usinados, em comparao com ferramentas no-
revestidas
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Figura 112 Formao do cavaco no fresamento de gerao
Uma alternativa para aumentar a vida da fresa geradora o aumento do nmero de pentes
O volume usinado se distribui por um maior nmero de dentes
Interferncia variveis entre ferramenta e pea - formao de cavacos de espessuras e formas
distintas
O perfil evolvente do dente obtido devido ao movimento entre a ferramenta e a pea nos cortes
sucessivos
Cada dente do caracol retira cavacos sempre com a mesma forma geomtrica
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Geometrias obtidas no fresamento
superfcies planas
Figura 113 Obteno de superfcies planas no fresamento
superfcies circulares e cilndricas
Figura 114 Obteno de superfcies circulares no fresamento
Obteno de roscas
Figura 115 Obteno de roscas no fresamento
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superfcies perfiladas
Figura 116 Obteno de superfcies perfiladas no fresamento
Cpia de superfcies
Figura 117 Cpia de superfcies por fresamento
Fontes de vibrao no fresamento
Causas Fora surgida entre ferramenta e pea
Freqncia de contato do dente da fresa (geralmente entre 200 e 400 Hz)
Ressonncias surgidas no processo
Folgas indevidas na fixao da pea
Formao inadequada do cavaco
Solues Massas adicionais na mquina
Alterao de vc, ap ou n
Mudana de estratgia (concordante/discordante)
Melhora na fixao
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Formas construtivas de fresadoras
Requisitos gerais de fresadoras
As mquinas devem ser projetadas para altas solicitaes estticas e dinmicas
O posicionamento da rvore deve ser radial ou axial sem folgas
O acionamento da rvore deve ser contnuo e sem folgas para evitar vibraes e permitir altas
vidas das ferramentas Fresamento sincronizado necessita de cuidados no acionamento e no avano da mesa e dos
carros Facilidade na operao - visor eletrnico de posicionamento,
aplicao de comando numrico
Fresadora horizontal Fresadora vertical
Fresadora de portal ou Gantry
A
B
C
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Processos de usinagem Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau
Fresadora
Fresadoras paralelas Fresadora universal
Fresadora de mesa circular Fresadora copiadora
AB
L C D
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Tipos de fresasQuanto estrutura
Classificao das fresas
Quanto a estrutura
Fresas inteirias Fresas com insertos Fresas com dentes postios
Quanto forma geomtrica
Fresa cilndrica Fresa de disco Fresa angular
Fresa detalonada Fresa de topo
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Influncias dos principais parmetros de corte no fresamento
Influncia da