Slides Usinagem - 11. vida de ferramentas de corte

Slides Usinagem - 11. vida de ferramentas de corte

Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Aula 1 - Vida de Ferramentas de Corte -

Usinagem dos Materiais

Aula 1

Tópicos ➔ Apresentação T-3

➔ Tipos de solicitações

➔ Generalidades

➔ Conceito de vida

➔ Fatores de influência da usinabilidade

➔ Critérios de usinabilidade

➔ Ações para minimizar os efeitos da má usinabilidade

➔ Definição T-4

Usinagem dos Materiais

Tipos de solicitações na ferramentas de corte Usinagem dos Materiais

Generalidades

Não existe uma definição universalmente aceita relativa a vida de ferramentas de corte. A vida de uma ferramenta deve ser especificada em relação com os objetivos do processo.

Definição: Vida de ferramenta é o tempo que esta resiste do início do corte até a sua utilização total

Processos de Usinagem Conceito de vida da ferramenta

Período no qual uma ferramenta pode ser mantida usinando de forma econômica

O critério econômico pode ser relacionado principalmente com a elevação dos custos de produção associados a necessidade de retrabalhos, perda de produção (sucateamento de peças), tempo de máquinas parada, aumento do consumo de energia, aumento no consumo de ferramentas, etc.

Critérios de fim de vida

A vida é relacionada a um certo critério de fim de vida sob certas condições de usinagem.

São critérios que são utilizados para determinar quando uma ferramenta deve ser substituída, em função dos objetivos do processo.

Critérios de fim de vida

Os principais critérios são:

➔ Falha completa da ferramenta ➔ Falha preliminar da ferramenta

➔ Desgaste de flanco (VB) ou de cratera (KT)

➔ Vibrações (monitoramento)

➔ Acabamento superficial ruim

➔ Rebarbas

➔ Alterações nos cavacos

➔ Alterações nas dimensões de corte

➔ Alterações nas forças de usinagem (monitoramento)

➔ Aumento nas temperaturas

Processos de Usinagem Critério de desgaste

Uma forma comum de quantificar o fim de vida de uma ferramenta é colocar um limite aceitável no desgaste de flanco, VB or VBmax.

Material de ferramentasVB ou VBmax

Valores usuais são:

Aço rápido – desbaste 1.5 m

Aço rápido – acabamento 0.75 m

Metal duro0,7mm Cerâmicas0,6 m

Processos de Usinagem

Critério de desgaste

Os critérios são relacionado ao nível de desgaste na ferramenta, e suas conseqüências diretas :

● desvios nas tolerâncias dimensionais

● desvios nas tolerâncias geométricas

● perda de qualidade superficial da peça

● aumento no nível de vibrações no processo

● aumento no nível de esforços no processo

● aumento do custo de reafiação da ferramenta

Processos de Usinagem

Critério de desgaste Relações que envolvem o critério de desgaste:

Processos de Usinagem Formas de determinação da vida

●Testes de longa duração – Resultados precisos

–Tempo, quantidade de material e custo elevados

●Testes rápidos –Só trazem valores de comparação

– Econômicos

Processos de Usinagem Influência da Velocidade de Corte na Vida da Ferramenta

Processos de Usinagem Influência do Avanço na Vida da Ferramenta

Processos de Usinagem Influência da Profundidade de Corte na Vida da Ferramenta

Processos de Usinagem

Matematicamente a vida da ferramenta pode ser expressa pela equação de Taylor

Vc = velocidade de corte (m/min.)

T = vida da ferramenta (min.) n ==> é um expoente que mostra a sensibilidade da vida da ferramenta a velocidade de corte

C ==> constante experimental que dá a velocidade de corte para uma vida de 1, independente da unidade que se use.

Vc∗Tn=C Vc=T

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Testes de torneamento – temperatura

–Teste de longa duração utilizado quando o fator dominante na vida da ferramenta é a temperatura

–vc e f constantes até a destruição total da ferramenta (desgaste hiperproporcional)

–Constar no relatório os instantes em que aparecem ruídos, modificações nos cavacos, marcas na peça e tempo total para destruição da ferramenta

–No torneamento longitudinal, escolher quatro velocidades de corte que proporcionam vidas entre 5 e 60 minutos

–Usualmente empregado aço rápido HS 10-4-3-10;

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas Testes de torneamento – curva de vida

●Em papel log-log são traçadas as curvas de T = f(vc)

●A equação da melhor reta que representa o comportamento da curva da vida é a equação de Taylor:

Vc∗Tn=C

Vc=T

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

ouonde CT = Cv

Modificações da equação de Taylor -1/k

–Eixos de coordenadas

●Cv (vida T para vc = 1 m/min) ●CT (vc para vida T= 1min)

–O fator k é a inclinação da reta (k = tan ηv)

Processos de Usinagem Curvas de vida de ferramentas

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas

Testes de torneamento – desgaste

–Executados quando o desgaste, e não a temperatura, é determinante no fim da vida da ferramenta

–Ferramentas de metal duro e aço rápido em altas velocidades de corte apresentam desgastes de flanco e cratera

–Mantendo-se vc constante acompanha-se a evolução do desgaste no flanco e na face

–Medidas de desgaste ●Marca de desgaste de flanco VB

●Profundidade de cratera KT

●Afastamento médio da cratera KM

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Testes de torneamento – desgaste

–Os valores são plotados em gráficos log-log onde são traçadas as curvas de VB ou a relação de desgaste K = f(tc)

TVB = f(vc) ou TK = f(vc) –Destas curvas pode-se obter:

➔A velocidade de corte para determinada vida

➔As duas equações para as formas de desgaste, marca de desgaste ou profundidade de cratera

➔Normalmente as curvas são mais inclinadas para desgastes de cratera do que para desgastes de flanco

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Testes de torneamento – desgaste

TVB = f(vc) ou TK = f(vc)

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Ensaios vcE com variação contínua da velocidade de corte

● Adequado para: –Supervisão de fornecimento de materiais

–Determinação da usinabilidade de materiais tratados termicamente de maneira diferente

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Testes de torneamento – critério de força

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Medição de força de usinagem

Processos de Usinagem Teste de vida de ferramentas

Testes de torneamento – critério de força Força específica de corte e propriedades mecânicas de aços carbono.

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas Critério de força – Equação de Kienzle

●Função das características do material;

●Função da seção de corte

Onde:

Fc = força de corte [N]; b = largura de usinagem [m]; h = espessura de corte [m]; kc1.1 = pressão específica de corte para um cavaco de 1x1 mm2 [N/mm2]; (1–mc) = coeficiente angular da reta

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas Critério de força – Equação de Kienzle

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas Critério de força – Qualidade superficial

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas

Rugosidade cinemática teórica

–A rugosidade cinemática, é decorrente do raio de quina da ferramenta e do movimento relativo entre peça e ferramenta

–No torneamento, é influenciada principalmente pela forma do gume e pelo avanço

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas Influência da velocidade de corte sobre a rugosidade da peça:

Processos de Usinagem

Teste de vida de ferramentas Dependência entre a rugosidade média Ra e o tempo de corte

Processos de Usinagem

Exercício

Dispõe-se de um torno para a pré-usinagem de 5 eixos do aço ABNT

4340, com um diâmetro bruto de 102 m e um comprimento de 300 m.

A diferença de diâmetros não deverá ser maior que 0,09 m ao final do 5° eixo (neste torno não é possível corrigir a posição da ferramenta).

Geometria da ferramenta: ● α = +5°

● α’ = +5°

● Rε = 1,2 m

Processos de Usinagem Exercício

Desta forma pergunta-se:

a) Qual a marca de desgaste de flanco VB admissível, para que a diferença de diâmetro permaneça na faixa tolerável de 0,09 m (observar geometria da ferramenta) b) Determine o avanço para uma rugosidade cinemática de Rt=0,001 m, considerando a ferramenta nova.

Processos de Usinagem Exercício

Desta forma pergunta-se:

c) O comportamento de desgaste da pastilha empregada na usinagem do aço ABNT 4340 foi determinada experimentalmente. Na faixa de velocidades de 100 e 160 m/min o comportamento de desgaste é exponencial, e num gráfico bilogarítmico representado por retas (figura).

Quais são as constantes da equação de Taylor? Qual a vida da ferramenta para uma velocidade de corte de 100m/min? d) Qual a vida da ferramenta (T) para uma velocidade de 100m/min, tendo como critério de fim de vida VB=0,3mm?

Processos de Usinagem Dados

Processos de Usinagem Solução Exercício a) Qual a marca de desgaste de flanco VB admissível, para que a diferença de diâmetro permaneça na faixa tolerável de 0,09 m (observar geometria da ferramenta)

● γ = + 6°

● Rε = 1,2 m α +5°

Processos de Usinagem Solução Exercício b) Determine o avanço, para que se tenha com uma ferramenta uma rugosidade cinemática de Rt=0,001 m

Dados

● Rt = 0,001 m

● rε = 1,2 m

Processos de Usinagem

Solução Exercício c) Quais são as constantes da equação de Taylor? Qual a vida da ferramenta para uma velocidade de corte de 100m/min?

T=VckCv

Processos de Usinagem FIM Aula 1

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