Slides Usinagem - 13 em diante

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Aula 13 Fluidos de Corte

Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Usinagem dos Materiais

Aula 13

Tópicos ➔ Introdução

➔ Vantagens do emprego de fluidos de corte

➔ Funções dos Fluidos de Corte

➔ Classificação segundo a norma DIN 51385

➔ Principais Fluidos de Corte

➔ Regiões de ação do fluido de corte

➔ Propriedades dos fluidos de corte

➔ Tipos de fluidos de corte

➔ Efeitos do uso de fluidos de corte

➔ Definição T-4

Usinagem dos Materiais

Fluidos de Corte Fluidos de Corte

Introdução

●Há mais de 100 anos - W.H.Northcott - primeira publicação a respeito do aumento de produtividade em usinagem devida ao uso de fluidos de corte

●1868 - W.H.Northcott - "A Treatise on Lathes and Turning”

●1894 - F.W.Taylor – uso de água na região de corte permite um aumento de vc entre 30 – 40%

Vantagens do emprego de fluidos de corte

Por que estes meios lubri-refrigerantes não são utilizados em alguns casos?

●Custos de manutenção;

● Legislação ambiental;

●Quando do emprego de ferramentas que não resistem a choques térmicos (cerâmicas de corte);

●Reciclagem dos cavacos (operação de limpeza);

●Contato fluido/operador (problemas de saúde);

Ferramenta

Desgaste Choque térmico

Peça

Exatidão de forma Exatidão dimensional

Qualidade superficial

Influência na camada limite

Máquina-ferramenta

Estabilidade térmica Precisão

RefrigeraçãoLubrificaçãoTransporte de cavacos

➔Dados Térmicos Na peça

Na ferramenta ➔Formação de cavaco

➔Estabilidade térmica da máquina-ferramenta

➔Formação de cavaco ➔Retirada de cavacos da peça

da ferramenta

da máquina-ferramenta

➔Aumento do atrito ➔Aumento das adesões

Funções dos Fluidos de Corte

Funções dos Fluidos de Corte

–Caráter Funcional ●Redução do atrito entre ferramenta e cavaco

●Expulsão dos cavacos gerados

●Refrigeração da ferramenta

●Refrigeração da peça

●Melhoria do acabamento da superfície usinada

●Refrigeração da máquina-ferramenta

–Caráter Econômico ●Redução do consumo de energia

●Redução dos custos de ferramenta

●Diminuição ou eliminação da corrosão na peça

Funções dos Fluidos de Corte

Ação de lubrificação Ação de refrigeração

Classificação segundo a norma DIN 51385 ●Não miscíveis em água (óleos)

●Miscíveis em água (emulsões)

Principais Fluidos de Corte ➔ Água - redução da temperatura

➔ Óleos graxos - redução do atrito

➔ Óleos minerais - inicialmente na usinagem de latão, ligas não-ferrosas e operações leves com aço

➔ Óleos minerais com óleos de toicinho - operações mais severas

vc‘s - desenvolvimento dos fluidos

➔ Surgimento de novos materiais de ferramentas, possibilitando maiores

➔ Combinações de óleos minerais , óleos graxos e aditivos ( enxofre , cloro , fósforo, etc)

Regiões de ação do fluido de corte

Zona A - diminuição do atrito na interface ferramenta-cavaco (diminuição do calor gerado)

Zona B - diminuição do atrito na interface peça-ferramenta (diminuição do calor gerado)

Zona C - diminuição do atrito entre a ferramenta e o cavaco (aumento do ângulo de cisalhamento f e, diminuição de na taxa de deformação)

A Cavaco

Ferramenta

Superfície de saída B

Φ Peça

Superfície de incidência ou folga

Plano de cisalhamento

Propriedades dos fluidos de corte Refrigeração da peça

● Redução de deformações devidas às tensões oriundas de grandes aquecimentos locais ou mesmo totais

● Eliminação de cores de revenido na superfície usinada (usinagem por abrasão (retirada de material por atrito), operações de retificação - acabamento da peça

● Manutenção das medidas da peça em trabalho em operações com tolerâncias estreitas

● Facilidade para o manuseio da peça usinada

Propriedades dos fluidos de corte

Refrigeração da máquina-ferramenta

● Manutenção da precisão da máquina - dimensões e posições de guias e dispositivos

Melhorias do acabamento da superfície usinada ● Diminuição de danos térmicos

● Diminuição do atrito ferramenta / peça

Propriedades dos fluidos de corte

Melhorias de caráter econômico

● Redução do consumo de energia - diminuição do grau de recalque e consequentemente da força de usinagem

● Redução dos custos de ferramenta - redução do desgaste aumento da vida

● Diminuição ou eliminação da corrosão na peça - proteção do filme de fluido da umidade, vapores, etc

Expulsão dos cavacos gerados

● Muito importante principalmente em processos como furação, furação profunda e alguns tipos de fresamento

Tipos de fluidos de corte

Óleos de corte

–Com aditivos ativos ●Empregados para altas pressões e temperaturas;

●Função de reagir quimicamente com a superfície nascente do cavaco;

●Melhoram condições de atrito (cisalhamento);

●Ex: enxofre e cloro (restrições no emprego do cloro);

–Com outros aditivos (inativos)

●óleos minerais puros, óleos graxos, compostos de óleo mineral e óleos graxos puros;

● Anti-fricção, anti-corrosão, anti-oxidante.

Tipos de fluidos de corte

Óleos emulsionáveis

Óleos solúveis (Água , agentes emulsificantes e aditivos)

Vantagens: - grande redução de calor - remoção de cavacos

- mais econômico

- melhor aceitação pelo operador

- menos agressivo à saúde e mais benefícios a segurança

Tipos de fluidos de corte

Fluidos Sintéticos

Não contém óleos de petróleo, sendo seu uso mais apropriados como fluido refrigerante

Vantagens: - alta capacidade de refrigeração

- vida útil do fluido bastante grande

- filmes residuais pequenos e de fácil remoção

- fáceis de misturar

- relativa facilidade no controle da concentração desejada

Tipos de fluidos de corte

Fluidos Gasosos

Ar comprimido - Retirada de calor e expulsão dos cavacos da zona de corte

- Menor viscosidade ==> melhor penetração na zona ativa da ferramenta

- Principais gases utilizados: Argônio , Hélio , Nitrogênio e Dióxido de

Carbono garantem proteção contra oxidação e refrigeração mas proporcionam altos custos

Tipos de fluidos de corte

Meios sólidos

●Raramente empregados em usinagem

●Empregados em processos de baixas velocidade tal como o brochamento ●Bissulfeto de Molibdênio, Sulfeto de zinco

Efeitos do uso de fluidos de corte

● Desgaste de adesão - efeito de lubrificação - eliminação de pequenos gumes postiços dentro de uma certa faixa de vc

● É desejável a formação de graxas resistentes à alta pressão e com baixa resistência ao cisalhamento (aditivos EP)

● A ação de alguns componentes (enxofre, cloro e fósforo) começa somente a partir de uma certa temperatura

Efeitos do uso de fluidos de corte

● Com o aumento de vc as condições para a formação do filme de fluido tornam-se desfavoráveis

● Diminuição do tempo para a reação entre os aditivos e a superfície metálica

● Aumento de temperatura - deformação da ferramenta e difusão - é necessária a refrigeração na zona de corte

● A partir de uma certa vc a vida da ferramenta é muito mais influenciada pela capacidade de refrigeração do que de lubrificação de um fluido

Propriedades dos fluidos de corte Refrigeração da região de corte – efeito sobre a vida da ferramenta

➔As condições na interface ferramenta-cavaco favorecem a difusão metálica (enfraquecimento da superfície ativa)

➔A tendência à difusão é diretamente proporcional à variação da temperatura

Efeitos do uso de fluidos de corte

● Curvas desgaste e velocidade de corte para o corte a seco e para a aplicação de diversos fluidos de corte

Efeitos benéficos do uso de fluidos de corte

● A emulsão leva a um resfriamento, e conseqüentemente a um aumento da resistência do material

● Desgaste reduzido - vc máx p/ VBmáx (percurso total maior)

● Aumentar a vida com diminuição da temperatura de trabalho (ter condições de temperatura de usinagem no gume próxima à temperatura de amolecimento)

Aspectos Nocivos dos Fluidos de Corte

●Grande parte dos fluidos possui componentes que podem causar, além do impacto ambiental, doenças ao ser humano.

●Contato do fluido com o operário pode ser direto ou através de vapores, névoa ou subprodutos formados durante a usinagem.

–Problemas de pele (irritações, dermatites, erupções,)

●Doenças causadas pela ação direta com o fluído de corte

–Câncer (pele, reto, cólon, bexiga, estômago, esôfago, pulmão, próstata, pâncreas,...)

–Doenças pulmonares (asma, bronquite, pneumonia, fibroses, redução da capacidade respiratória,...)

Tendências no uso de Fluidos de Corte Processos de revestimentos de ferramentas

● Até há poucos anos - minimização de custos e aumento de produção ● Atualmente - custos, produção e preocupação com aspectos ambientais

● No futuro - leis ambientais rígidas

Aspectos ecológicos

Aspectos tecnológicos

Aspectos econômicos

Leis de proteção ambiental

Exigências da sociedade

Mercado consumidor

Tendências no uso de Fluidos de Corte – Aspectos econômicos

Custos com tratamento dos fluidos podem ser o dobro do custo com ferramentas de corte

A redução da utilização de fluidos e otimização dos parâmetros de corte traz benefícios

– Aspectos tecnológicos Aumento de produtividade sem o uso de fluido

Novos materiais de ferramentas (mais resistentes) implicam na diminuição da necessidade dos fluidos

Tendências no uso de Fluidos de Corte – Aspectos ecológicos

Agente nocivo ao homem e ao meio ambiente

Doenças de pele, câncer, doenças pulmonares

Descarte de fluidos - agressão ao meio ambiente

Novas leis (rígidas) - diminuição do impacto ambiental

Desenvolvimento de processos alternativos

Tendências no uso de Fluidos de Corte –Qual é a tendência?

–Necessidade de alternativas para suprir a ausência de fluido

–Pesquisas na área de redução ou eliminação de fluido de corte vêm crescendo muito nos últimos anos.

Tendências no uso de Fluidos de Corte

–Usinagem com quantidade mínima de fluidos de corte

●Onde não é possível a eliminação minimização ●Exige adaptação das características técnicas dos fluidos

●Definição dos volumes empregados

●QRFC - quantidade reduzida de fluido de corte –Vazão menor que 2 l/min - geometria definida

–Vazão menor que 1 l/min - retificação

●QMFC - quantidade mínima de fluido de corte –Vazão menor que 50 ml/h

–Substituição dos processos por processos alternativos

Tendências no uso de Fluidos de Corte

Alternativa ecológica –Usinagem a seco

●Usinagem extensiva a seco já é empregada no torneamento e fresamento de aços e ferros fundidos com ferramentas de metalduro revestido, CERMETS, ferramentas cerâmicas e de CBN;

●Ausência de fluido de corte exige introdução de medidas adequadas que compensem a falta das funções primárias:

–Sistema de refrigeração da máquina-ferramenta;

–Sistema de retirada dos cavacos da região de trabalho;

–Adequação da geometria da ferramenta, entre outras.

Tendências no uso de Fluidos de Corte

Alternativa ecológica –Usinagem a seco

Formas de aplicação ➔Aplicação direta, com tubeiras direcionadas para a região de corte

Formas de aplicação ➔Aplicação de fluido próximo a região de fixação da ferramenta.

Formas de aplicação ➔Aplicação de fluido internamente pela ferramenta.

Formas de aplicação ➔Aplicação em mínima quantidade de fluido lubri-refrigerante

FIM Aula 13 Usinagem dos Materiais

Aula 14 - Processo de Torneamento e tornos -

Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Usinagem dos Materiais

Aula 14

Tópicos ➔ 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

Torneamento

Definição: Processo de usinagem onde a peça executa o movimento de corte rotativo e a ferramenta o movimento de translativo de avanço. Geralmente utilizado na fabricação de peças simétricas de revolução

Usinagem dos Materiais

Evolução do processo Usinagem dos Materiais

Evolução do processo Usinagem dos Materiais

Cinemática do processo de torneamento

Torneamento Longitudinal Torneamento transversal

Torneamento bi-direcional PolarTorneamento bi-direcional Cartesiano

Usinagem dos Materiais

Principais operações no torneamento - DIN 8589 Usinagem dos Materiais

Principais operações no torneamento - DIN 8589 Usinagem dos Materiais

Cinemática do processo de torneamento a p f

rε .f

Onde:

χr - ângulo de direção do gume ap - Profundidade de corte f - Avanço b - largura de usinagem h - Espessura de usiangem ap * f = seção de usinagem b * h = seção de usinagem

Usinagem dos Materiais

●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 ● São compostas de uma parte cortante e de uma haste para fixação

● Ferramentas podem ser integrais, ou com incertos

● Os incertos podem ser fixados à haste mecanicamente ou por brasagem

● Insertos intercambiáveis têm hoje a mais ampla aplicação no torneamento

Usinagem dos Materiais

Formas das ferramentas de torneamento

Ferramenta com quina quadrada

Ferramentas offset

Ferramenta com quina em ângulo

Ferramenta com ângulo de direção

Usinagem dos Materiais

Torneamento cilindrico externo ➔ L/D ≤ 1,5 fixação em balanço

➔ L/D > 1,5 fixação com contra-pontas

Peça

Ferramenta

Usinagem dos Materiais

●Torneamento cilindrico interno

●Problemas: ➢ de refrigeração

➢ saída de cavacos

➢ vibrações Peça

Ferramenta

Usinagem dos Materiais

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