O PROCESSO DE USINAGEM
Um guia sobre os processos de fabricação mecânica por usinagem, com foco nos princípios básicos e na relação entre os parâmetros de corte, fluidos e ferramentas.
Engenharia de Controle e Automação - MME07
Professor Valdemir Alves Junior
Definições: Princípios De Usinagem
A usinagem mecânica é uma técnica que tem como objetivo produzir peças de alta precisão e qualidade, utilizando ferramentas específicas e máquinas de alta precisão. Para garantir um resultado satisfatório, é necessário seguir alguns princípios básicos.
Escolha Correta Do Material
Um dos princípios fundamentais da usinagem mecânica é a escolha correta do material da peça que será usinada. É importante conhecer as propriedades do material, como sua dureza, tenacidade, densidade, resistência e outras características importantes que podem influenciar o processo de usinagem. A escolha do material acontece na fase de projeto da peça.
Escolha Correta Da Ferramenta
Além da escolha correta do material, é igualmente importante escolher a ferramenta de corte apropriada para a usinagem. A ferramenta deve ser adequada para o material da peça, para a operação de usinagem a ser realizada e para a máquina utilizada. A escolha errada da ferramenta pode resultar em danos na peça, na ferramenta ou na máquina.
Lubrificação Adequada
A lubrificação é um aspecto crítico na usinagem mecânica, pois reduz o atrito entre a ferramenta e a peça, evitando o desgaste excessivo e prolongando a vida útil da ferramenta e da máquina. É necessário escolher o lubrificante adequado para a operação de usinagem, garantindo a proteção da peça e a melhoria da qualidade da superfície usinada.
Medição E Controle De Qualidade
É essencial medir e controlar a qualidade das peças usinadas para garantir que elas atendam às especificações e tolerâncias exigidas. Isso envolve a utilização de instrumentos de medição de alta precisão e a realização de testes de qualidade para verificar a conformidade das peças. Isso pode ajudar a identificar rapidamente problemas de usinagem e evitá-los no futuro, melhorando a eficiência e a qualidade do processo.
Parâmetros De Corte
Os parâmetros de corte são valores utilizados para definir a velocidade, a profundidade, a taxa de avanço e outras variáveis importantes para o processo de usinagem. É fundamental que os parâmetros de corte sejam ajustados corretamente, para que o processo de usinagem possa ser executado com eficiência e segurança. O desalinhamento dos parâmetros de corte pode resultar em danos às ferramentas de corte e às peças usinadas.
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Velocidade De Corte
Velocidade de corte peças cilíndrica: (Vc): Vc = (π x D x n)/1000 (m/min), onde D é o diâmetro da peça em milímetros (mm) e n é a velocidade angular da peça em rotações por minuto (rpm). Velocidade de corte peças planas: (Vc): Vc = (π x Df x n)/1000 (m/min), onde Df é o diâmetro da ferramenta em milímetros (mm) e n é a velocidade angular da ferramenta em rotações por minuto (rpm).
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Avanço Da Ferramenta
Avanço por revolução peças cilíndricas (fn): fn = L/n(mm/min), onde L é o comprimento usinado em mm, e n é a velocidade angular da peça (mm/rev), (mm/revolução); Avanço por dente peças planas (fz): fz = Vf/z x n(mm/dente), onde Vf é a velocidade de avanço da peça em mm/min, z é o número de dentes (ou insertos) da ferramenta e n a velocidade angular da ferramenta (rpm).
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Tempo De Usinagem
Tempo de usinagem (minutos)(superfícies cilíndricas)T = (L x i) / (f x n) onde L é o comprimento a ser usinado em mm, i o número de passadas da ferramenta, f é o avanço por revolução da peça em milímetros (mm), n é a velocidade angular da peça em rotações por minuto (rpm), Tempo de usinagem (superfícies planas): Tp = L / Vf, onde L é o comprimento a ser usinado em milímetros (mm) e Vf é a velocidade de avanço em milímetros por minuto (mm/min).
Veja uma calculadora de cálculos para torneamento:
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Fluidos De Corte
Os fluidos de corte são líquidos ou gases que são usados para reduzir o atrito entre a ferramenta de corte e a peça, removendo calor gerado pelo processo de usinagem e protegendo as superfícies usinadas. Os fluidos de corte também ajudam a prolongar a vida útil das ferramentas de corte e a melhorar a qualidade da usinagem. Existem vários tipos de fluidos de corte disponíveis, e a escolha do fluido de corte correto depende do material da peça, da operação de usinagem e da máquina utilizada.
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Redução do Atrito
Os fluidos de corte atuam como um lubrificante, diminuindo o atrito entre a ferramenta e a peça, o que reduz o desgaste e aumenta a vida útil da ferramenta.
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Remoção de Calor
O calor gerado durante a usinagem pode danificar a peça e a ferramenta. Os fluidos de corte ajudam a remover esse calor, mantendo a temperatura sob controle.
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Proteção das Superfícies Usinadas
Os fluidos de corte formam uma película protetora sobre a superfície da peça, evitando a corrosão e o desgaste.
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Melhoria da Qualidade da Usinagem
Os fluidos de corte ajudam a melhorar a qualidade da superfície usinada, reduzindo o atrito e o desgaste, e proporcionando um acabamento mais suave.
Ferramentas De Usinagem
As ferramentas de corte são usadas para remover material da peça durante o processo de usinagem. Elas podem ser classificadas em ferramentas de torneamento, fresamento, brochamento, furadeiras, entre outras. As ferramentas de corte podem ser feitas de diferentes materiais, como aço rápido, metal duro, cerâmica, entre outros.
Torneamento
As ferramentas de torneamento são usadas para remover material de peças cilíndricas, cônicas e de outras formas complexas. Elas são geralmente fixadas em um torno mecânico e giram em torno de um eixo central.
Fresamento
As ferramentas de fresamento são usadas para remover material de peças planas, curvas e de outras formas complexas. Elas são geralmente fixadas em uma fresadora e giram em torno de um eixo central.
Brochamento
As ferramentas de brochamento são usadas para criar furos precisos e com tolerâncias estreitas. Elas são geralmente fixadas em uma brochadeira e são movidas para frente e para trás através do furo.
Operação de Brochamento do canal interno do cilindro da fechadura.
Relação Entre Parâmetros De Corte, Fluidos E Ferramentas
Os parâmetros de corte, fluidos e ferramentas estão interligados e influenciam diretamente na qualidade da usinagem. A escolha incorreta do fluido de corte pode causar desgaste excessivo na ferramenta de corte e na peça usinada, ou a escolha incorreta da ferramenta de corte pode causar danos à peça e à máquina. É importante considerar todos esses fatores ao definir os parâmetros de corte para obter uma usinagem eficiente e com qualidade.
Taxa De Remoção De Material
A taxa de remoção de material (Q) é a quantidade de material removida por unidade de tempo. É um parâmetro importante para avaliar a eficiência do processo de usinagem. A fórmula para calcular a taxa de remoção de material é:
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Fórmula
Q = fn x Vc x 1000 x ap
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Onde:
fn é o avanço por revolução (mm/avanço), Vc a velocidade de corte (m/min) ap é a profundidade de corte em milímetros (mm).
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Exemplo
Se fn = 0,2 mm/rev, Vc = 200 m/min e ap = 2 mm, então:
Q = 0,2 x 200 x 1000 x 2
= 80.000 mm³/min.
Potência De Usinagem
A potência de usinagem (P) é a quantidade de energia necessária para realizar o processo de usinagem. É um parâmetro importante para determinar a capacidade da máquina e a escolha do motor adequado. A fórmula para calcular a potência de usinagem é:
Fórmula para Potência de Usinagem
P = (Kc x fz x ap x Vc) / (60 x μ x η)
Onde:
  • Kc é a constante de usinabilidade do material.
  • fz é o avanço por dente (mm/dente).
  • ap é a profundidade de corte (mm).
  • Vc é a velocidade de corte (m/min).
  • μ é o coeficiente de atrito.
  • η é o rendimento da máquina.
Exemplo de Cálculo
Dados do processo: Diâmetro da peça (D): 50 mm, Comprimento da peça (L): 100 mm, Velocidade de corte (Vc): 200 m/min, Avanço por aresta de corte (fz): 0,2 mm, Profundidade de corte (ap): 2 mm, Coeficiente de atrito (μ): 0,4, Constante de usinabilidade (Kc): 300 mm/min, Eficiência da máquina (η): 85%. Para calcular a potência de usinagem, pode-se utilizar a seguinte fórmula: P = (Kc x fz x ap x Vc) / (60 x μ x η) P = (300 x 0,2 x 2 x 200) / (60 x 0,4 x 0,85) = 686,27 W
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Redução do Atrito
Os fluidos de corte atuam como um lubrificante, diminuindo o atrito entre a ferramenta e a peça, o que reduz o desgaste e aumenta a vida útil da ferramenta.
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Remoção de Calor
O calor gerado durante a usinagem pode danificar a peça e a ferramenta. Os fluidos de corte ajudam a remover esse calor, mantendo a temperatura sob controle.
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Proteção das Superfícies Usinadas
Os fluidos de corte formam uma película protetora sobre a superfície da peça, evitando a corrosão e o desgaste.
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Melhoria da Qualidade da Usinagem
Os fluidos de corte ajudam a melhorar a qualidade da superfície usinada, reduzindo o atrito e o desgaste, e proporcionando um acabamento mais suave.
Aprofunde seus conhecimentos
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Indicação de assuntos para estudos complementares.
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Automação em Usinagem:
Estudar como a automação e a robótica estão transformando o processo de usinagem e quais são as principais tendências e inovações nessa área.
2
Novos Materiais e Processos de Usinagem:
Conhecer as principais características dos novos materiais utilizados em diversas indústrias, assim como os novos processos de usinagem desenvolvidos para trabalhar com esses materiais.
3
Cálculo de Ferramentas de Corte:
Aprofundar-se nos cálculos e fórmulas utilizados para determinar o melhor desempenho das ferramentas de corte em diferentes materiais e condições de usinagem.
4
Metrologia em Usinagem:
Estudar as principais técnicas e ferramentas utilizadas para medir e avaliar a qualidade das peças usinadas, bem como os padrões e normas utilizados para garantir a precisão das medições.
Referências Bibliográficas.
1
Fundamentos de Usinagem dos Metais
Paulo Sergio de Oliveira (Editora Érica, 2013)
2
Usinagem: Tecnologia, Equipamentos e Aplicações
Marco Antônio Oliveira e Francisco Carlos Ribeiro (Editora Érica, 2012)
3
Tecnologia Mecânica: Materiais e Processos
Renato da Silva Lima e Paulo César de Oliveira (Editora Pearson, 2013)
4
Processos de Fabricação Mecânica
Júlio César Benavente Herrera e Anselmo Eduardo Diniz (Editora Blucher, 2011)
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