movimentos e terminologia1

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– PROCESSOS DE FABRICAÇÃO POR USINAGEM PARTE 1 – MOVIMENTOS EM USINAGEM E TERMINOLOGIA DE FERRAMENTAS Professor Aldoni Gabriel Wiedenhöft Alegrete RS, maio de 2010-08-17

AL 0076 – Processos de Fabricação por Usinagem INTRODUÇÃO

Fabricar consiste basicamente em alterar uma matéria-prima com o intuito de obter um produto acabado. Os processos de fabricação representam, nos países industrializados, um terço do produto interno bruto [Kalpakjian, 1985].

Os processos de fabricação que envolve mudança de forma podem ser classificados em duas categorias: fabricação com remoção de material e fabricação sem remoção de material. Enquanto a segunda categoria é composta por processos de fabricação como soldagem, conformação e fundição, a primeira categoria é composta basicamente pelos processos de usinagem. A importância dos processos de fabricação que envolve remoção de material pode ser medida pelo custo envolvido nestes: segundo Shaw, em 1984, estes processos eram considerados os mais importantes economicamente, com custos associados estimados em cerca de 10% do PIB americano na primeira metade da década de 80. Uma avaliação de Trent, também de 1984, indica os processos de usinagem como os mais usados na indústria metal mecânicos, com custos associados superiores a 15% do valor de todos os produtos manufaturados em todos os países industrializados.

Segundo Walker, 2000 é difícil citar algum produto que não requeira, direta ou indiretamente, o uso de uma operação de usinagem em algum momento de sua manufatura.

A grande utilização dos processos de usinagem se deve principalmente à variedade de geometrias possíveis de ser usinadas, com alto grau de precisão dimensional e acabamento superficial, e ao fato de não haver alteração nas propriedades do material. Estas características fazem com que, na grande maioria dos casos, os processos de usinagem não possam ser substituídos por nenhum outro processo de fabricação, sendo muitas vezes usados com o intuito de prover uma melhora do acabamento superficial ou tolerância dimensional do produto manufaturado por outros processos.

Apesar das vantagens da usinagem, esta possui desvantagens em relação a outros processos de fabricação, como, por exemplo, a baixa velocidade de produção quando comparada a estes. Esta desvantagem faz com que qualquer aprimoramento no sentido de aumentar a produção de um processo de usinagem represente um ganho significativo. A segunda desvantagem dos processos de usinagem diz respeito aos altos custos envolvidos. Estes custos se devem ao uso de maquinário e ferramental caro e à necessidade de mão de obra altamente especializada. O nível de conhecimento requerido na programação e operação das modernas máquinas de comando numérico faz necessários operadores com certo grau de especialização.

Os gastos anuais com mão de obra nos EUA são estimados em U$300 bilhões, contra U$7,5 bilhões gastos em maquinário e U$2,5 bilhões gastos em materiais “consumíveis” (ferramentas de corte e fluídos de corte) [Trent e Wright, 2000]. Além disso, grande parte da matéria prima usada nestes processos é transformada em resíduo. Estes altos custos inerentes aos processos de usinagem tornam-se mais importantes quando associados ao fato de que a usinagem é um dos processos de fabricação mais utilizados no mundo, transformando em cavaco algo em torno de 10% de toda a produção de metais [Trent, 1984].

A simples análise dos custos inerentes aos processos de usinagem, aliados à representatividade destes processos na indústria mundial, faz com que qualquer aprimoramento nestes converta - se em uma grande redução dos custos de produção. Este aprimoramento pode ser feito através do desenvolvimento de máquinas, ferramentas, ou materiais cuja usinagem seja facilitada.

Usinagem

Usinagem é um termo que abrange processos de fabricação por geração de superfícies através da retirada de material, conferindo dimensão e forma à peça. Uma definição bastante ampla do termo usinagem foi apresentada por Ferraresi (1970), que diz que “como operações de usinagem entendemos aquelas que, ao conferir à peça a forma, ou as dimensões ou o acabamento, ou qualquer combinação destes três itens, produzem cavaco”.

As operações de usinagem dividem-se em processos de usinagem convencional e não convencional (Figura 1). Dentre os processos de usinagem convencional se destacam, devido ao uso mais amplamente difundido, o torneamento, fresamento e furação.

Figura 1 – Classificação dos processos de fabricação (fonte:

Machado e Silva).

Torneamento

Segundo Trent (2000), o torneamento (Figura 2) é a operação de usinagem mais comumente empregada em trabalhos de corte de metal. O material a ser cortado é fixado ao mandril de um torno e rotacionado, enquanto a ferramenta, presa firmemente em um suporte, move-se em um plano que, idealmente, contém o eixo de rotação da peça. Figura 2 – Operação de torneamento.

Figura 2 – Operação de torneamento.

Movimentos e grandezas na usinagem – Terminologia de acordo com a norma NBR 6162.

O movimento relativo entre a ferramenta e a peça é o que permite a ocorrência do processo de usinagem. Por convenção, são representados como sendo realizados pela ferramenta sobre a peça parada.

Os movimentos podem ser classificados como ativos ou passivos. Movimentos ativos promovem remoção de material ao ocorrerem, ao contrário dos movimentos passivos.

Movimentos ativos:

- Movimento de corte – movimento relativo entre a ferramenta e a peça que, na falta do movimento de avanço, provoca a remoção de material em uma única rotação. - Movimento de avanço – movimento que, em conjunto com o movimento de corte, possibilita remoção contínua de cavaco, durante mais de uma rotação. - Movimento efetivo de corte – movimento efetivo entre a ferramenta e a peça. No caso de avanço contínuo, é a resultante dos movimentos de avanço e de corte. Se o avanço é intermitente, o movimento efetivo é o próprio movimento de corte.

Movimentos Passivos: Apesar de imprescindíveis aos processos de usinagem, não promovem a retirada de cavaco.

São eles:

- Movimento de ajuste – movimento que determina a quantidade de material a ser retirada. Não ocorre em processos onde a espessura de material a ser removida é dada pela geometria da ferramenta (sangramento, furação, brochamento). - Movimento de correção – é empregado para compensar alterações no posicionamento relativo entre ferramenta e peça devidas, entre outras coisas, ao desgaste da ferramenta, variações térmicas e deformações plásticas que ocorrem durante a usinagem. - Movimento de aproximação – aproxima a ferramenta da peça antes de iniciada a usinagem. - Movimento de afastamento – afasta a ferramenta da peça após a usinagem.

Apesar de nem todos os movimentos propiciarem retirada de cavaco, todos estes movimentos são importantes, pois estão associados a tempos que, quando somados, informam o tempo total de fabricação. Todos os movimentos possuem direção, sentido, velocidade e percurso associados.

Desse modo, temos: - Direção de corte, velocidade de corte (Vc) e percurso de corte (lc);

- Direção de avanço, velocidade de avanço (Vf) e percurso de avanço (lf);

- Direção efetiva, velocidade efetiva (Ve) e percurso efetivo (le);

- Direção de ajuste, velocidade de ajuste (Vz) e percurso de ajuste (lz);

- Direção de correção, velocidade de correção (Vn) e percurso de correção (ln);

- Direção de aproximação, velocidade de aproximação (Va) e percurso de aproximação (la);

- Direção de recuo, velocidade de recuo (Vr) e percurso de recuo (lr);

Parâmetros de processo

Existem, no torneamento, dois fatores cuja influência (independente de material de peça e ferramenta) determina o resultado final do processo: os parâmetros de corte e a geometria da aresta de corte. Entre os parâmetros de corte (Figura 3), a velocidade de corte (Vc) (equação 1) é a taxa na qual a superfície não cortada da peça passa pela aresta de corte da ferramenta, expressa normalmente em m/min. O avanço (f) é a distância percorrida pela ferramenta por revolução da peça, e a profundidade de corte (ap) é a espessura ou profundidade de penetração da ferramenta medida perpendicularmente ao plano de trabalho, que é definido pelas direções de avanço e Vc da ferramenta. A partir destes três parâmetros é possível determinar a taxa de remoção de material (equação 2), parâmetro usado para a medição da eficiência da operação.

A velocidade na qual a ferramenta se movimenta na direção e sentido do avanço é chamado velocidade de avanço, e pode ser calculada através da equação 3.

Figura 3 – Parâmetros de corte e superfícies em torneamento cilíndrico externo (Fonte: sandvik). Superfícies definidas sobre a peça

As superfícies definidas sobre a peça (Figura 4) são: · Superfície a usinar.

· Superfície em usinagem ou transitória, divide-se em superfície em usinagem principal e secundária, de acordo com a aresta de corte com a qual está em contato. · Superfície usinada.

Figura 4 – Superfícies definidas sobre a peça em torneamento cilíndrico externo (adaptado de Diniz).

Geometria de Ferramenta

A geometria da ferramenta (Figura 5) é um dos fatores de maior influência na usinagem.

A ferramenta de corte para torneamento é definida em: · Cabo ou haste – é a parte da ferramenta responsável pela sua fixação.

· Superfície de saída ou face (Ag) – é a superfície da ferramenta sobre a qual o cavaco desliza após o corte. · Superfície de folga ou flanco (Aa) – é a superfície que determina a folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem principal. · Superfície secundária de folga ou flanco secundário (A’a) – é a superfície que determina a folga entre a ferramenta e a superfície em usinagem secundária. · Cunha de corte – é a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga, sobre a qual ocorre o corte do metal. · Arestas de corte ou gumes – são as arestas da cunha de corte, nas quais ocorre a interface ferramenta-peça, e distinguem se como; . Aresta principal de corte ou gume principal (S) – formada pela intersecção das superfícies de saída e de folga; . Aresta secundária de corte ou gume secundário (S’) – formada pela intersecção das superfícies de saída e secundária de folga; · Ponta de corte ou quina – local da cunha de corte onde se encontram a aresta principal e a aresta secundária de corte. · Raio de ponta ou raio de quina (re) – é o raio que liga as arestas principais e secundárias de corte no torneamento.

Figura 5 – Geometria da ferramenta de corte (Fonte: Machado e Silva, 1999).

Sistema de Referência da Ferramenta

Para o correto estudo dos ângulos da parte de corte da ferramenta de usinagem, é necessário que se defina para esta um sistema de referência. O sistema de referência da ferramenta de corte é composto por um ponto (ponto escolhido de corte, localiza-se sempre na aresta principal de corte e é usado para definir os planos do SR) e por diversos planos (Figura 6), dentre os quais os mais importantes são:

· Plano de referência da ferramenta (Pr) – plano perpendicular à direção admitida de corte;

· Plano de corte da ferramenta (Ps) – plano perpendicular ao plano de referência que é tangente ou contém a aresta de corte da ferramenta;

· Plano ortogonal da ferramenta (Po) – plano ortogonal aos planos de referência e de corte da ferramenta;

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