Slides do Livro "Usinagem para Engenharia"

1. Capítulo 2 - Usinagem Convencional
Usinagem para Engenharia
A.C. Araujo a
, A.L. Mougo b
e F.O. Campos c
.
a
araujo@insa-toulouse.fr, INSA-Toulouse, Institute Clément Ader, França
b
adriane.mougo@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil
c
fabio.campos@cefet-rj.br, CEFET/RJ, Rio de Janeiro, Brasil
Slides propostos
Setembro de 2020

2. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Cinemática da usinagem
A cinemática dos movimentos efetuados pela máquina-ferramenta e a geometria da
ferramenta determinam a forma geométrica gerada na peça. Usualmente, considera-se o
movimento da ferramenta como se a peça estivesse estacionária.
A superfície usinada é formada de acordo com a posição da ferramenta em relação à peça e
com o movimento relativo da ferramenta em relação à superfície de trabalho, a superfície
da peça que será removida pela usinagem. É chamada de superfície transitória aquela que
é gerada pela ferramenta mas que será usinada novamente na próxima passagem de uma
aresta de corte.
A norma ABNT/ISO 3002 define a nomenclatura de usinagem e inclui direções, movimentos e
velocidades do processo de usinagem convencional
1 26

3. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Movimentos e direções de usinagem
Movimento ativo de corte
Movimento passivo de usinagem
Movimento de corte
Movimento de avanço
Movimento efetivo de corte
Ponto de referência P da aresta de corte
Direção de corte v̂c
Direção de avanço v̂f
Direção efetiva de corte v̂e
2 26

4. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Rotação
da ferramenta
P
vc
^
radial
tangencial
DP
Trajetória descrita pelo
ponto P ao redor do eixo de
rotação da ferramenta
Rotação da peça
P
vc
^
radial
tangencial
DP
Trajetória descrita pelo
material ao redor do eixo de
rotação
Figura 1: Vetor unitário da direção de corte[Araujo, Mougo e Campos 2020]
3 26

5. Cap. 2 - Usinagem Convencional
O vetor velocidade de corte ~
Vc está orientado segundo a direção de corte e tem módulo Vc,
usualmente expresso em m/min. O vetor velocidade de avanço ~
Vf está orientado segundo
a direção de avanço e tem módulo usualmente expresso em mm/min, com valor bem menor
que a velocidade de corte. O vetor velocidade efetiva de corte ~
Ve é a soma vetorial:
~
Ve = ~
Vc + ~
Vf −→ v̂e =
~
Vc + ~
Vf
k~
Vc + ~
Vf k
(1)
O ângulo entre a velocidade de corte e de avanço é o ângulo da direção de avanço ϕ e o
ângulo entre a velocidade efetiva de corte e a velocidade de corte é o ângulo da velocidade
efetiva de corte ηe.
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6. Cap. 2 - Usinagem Convencional
A velocidade de rotação N (rpm) é calculada em função do módulo da velocidade de corte ~
Vc
desejada, considerando a distância RP (mm) do ponto de referência P ao eixo de rotação
(DP = 2 RP ):
N(rpm) =
Vc(mm/min)
2π RP (mm)
=
1000 Vc(m/min)
π DP (mm)
(2)
vc
^
Vc
Vf
vf
^
ve
^
Ve Pfe
he
ᵠ
P
nfe
Figura 2: Plano de trabalho efetivo Pfe[Araujo, Mougo e Campos 2020]
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7. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Avanço e profundidade de corte
O percurso de avanço, ou simplesmente avanço f é o comprimento percorrido pelo
ponto de referência P para remover uma nova parcela de material (mm). É medida na
direção de avanço sobre a trajetória percorrida pela ferramenta. Em processos rotativos,
a remoção é contínua e o avanço é medido a cada rotação (mm/rot).
No caso de ferramentas rotativas é usual fazer referência ao avanço por rotação
chamado de avanço por aresta ou avanço por dente, fz (mm/dente).
A profundidade de corte ap é a profundidade de penetração da aresta de corte,
relacionada com a posição relativa entre o ponto de referência da ferramenta e a
superfície de trabalho. É medida sempre na direção do vetor normal ao plano de
trabalho n̂fe.
6 26

8. Cap. 2 - Usinagem Convencional
vc
ap
f
Cabeçote
Direção de avanço
Direção de corte
Ferramenta
Peça
Figura 3: Processo de aplainamento [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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9. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Vc
b
Fixação
Brocha Interna
Peça
Figura 4: Processo de brochamento [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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10. Cap. 2 - Usinagem Convencional
O volume de material usinado é: Vu = Lu Lh b.
Vc
peça
Ferramenta
Lh
h
Comprimento usinado
Figura 5: Processo de brochamento [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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11. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Mesa de Fixação
Peça
Direção de avanço
Direção de corte Direção de retorno
Movimento Alternativo
Lâmina dentada
Figura 6: Serra alternativa [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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12. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Mesa de Fixação
Peça
direção de avanço
Corte
Rotação
Retorno Serra de fita
Movimento da peça
Figura 7: Serra de fita [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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13. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Mesa de Fixação
Peça
Movimento de avanço
Rotação
Serra Circular
Movimento da peça
Figura 8: Serra circular [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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14. Cap. 2 - Usinagem Convencional
D Du
ap
Superfície de trabalho
Superfície usinada
N
Lu
f
Cavaco
Ferramenta
Vf
Figura 9: Torneamento cilíndrico externo [Araujo, Mougo e Campos 2020]
13 26

15. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Vc
P
Vf
Pfe
DP
2
Figura 10: Torneamento cilíndrico externo [Araujo, Mougo e Campos 2020]
14 26

16. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Torneamento
ap(mm) =
D − Du
2
(3)
Vf (mm/min) = f(mm/rot) N(rpm) (4)
tc(min) =
Lu(mm)
Vf (mm/min)
(5)
Vu(mm3
) ≈ apπDLu (6)
15 26

17. Cap. 2 - Usinagem Convencional
D
N
Superfície transitória
Vf
Vf
f
D
Figura 11: Faceamento [Araujo, Mougo e Campos 2020]
16 26

18. Cap. 2 - Usinagem Convencional
D
Bedame
N
Vf
Superfície transitória
Figura 12: Sangramento [Araujo, Mougo e Campos 2020]
17 26

19. Cap. 2 - Usinagem Convencional
N
Fresa
Superfície usinada
perpendicular ao eixo
Peça direção de avanço
Superfície usinada
lateral
ae
a
p
(a) Fresamento frontal
N
Peça
direção de avanço
ap
a
e
(b) Fresamento tangencial
Figura 13: [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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20. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Pi
DPi
Superfície envelope
Eixo de
revolução
Aresta
de corte
geratriz
a
pmax
2
Figura 14: Envelope de uma fresa [Araujo, Mougo e Campos 2020]
19 26

21. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Fresamento
FD[Hz] =
N
60 z
(7)
Vf (mm/min) = fz[mm/dente] z[dentes] N[rpm] (8)
tc(min) =
Lu
Vf
=
Lu
fz z N
=
Lp + D/2
fz z N
(9)
Vu = ap ae Lp (10)
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22. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Peça
D
Aresta
de corte
principal
N
Vf
Broca
Lu
(a) Geometria da furação
P
DP/2
Dt/2
Aresta de corte
principal
Aresta
transversal
D/2
Lb
(b) Aresta de corte
Figura 15: Processo de furação [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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23. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Furação helicoidal
Vf (mm/min) = f N = z fz N = 2 fz N (11)
tc =
Lu
Vf
=
Lu
2 fz N
(12)
Vu ≈
LuπD2
4
(13)
ap =
D
2
(14)
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24. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Aglomerante
direção de avanço
Peça
Cavaco
Grãos abrasivos
Figura 16: Processo de retificação [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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25. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Usinagem convencional por abrasão
A usinagem por abrasão consiste na remoção de material pela ação dos diversos grãos
abrasivos que são deslocados com pressão e velocidade sobre a peça a ser usinada.
Retificação
Brunimento
Lapidação
Dressagem
Superacabamento, polimento e espelhamento
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26. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Rebolo
Peça
N
Direção de avanço
Vc
(a) Retífica plana
Rebolo
Peça
N
Rotação da peça
(b) Retífica cilíndrica
Figura 17: Processo de retificação [Araujo, Mougo e Campos 2020]
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27. Cap. 2 - Usinagem Convencional
Qrm(mm3
/min) =
Vu
tc
= Vf Lu (15)
60 100 200 400 600 1000 2000 10000
Velocidade de Corte [m/min]
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1
2
4
6
8
10
Área
do
Cavaco
(a
p
.
f
z
)
[mm²]
Torneamento
Fresamento
Q
rm
= 150 cm³/min
Qrm
= 1500 cm³/min
Qrm
= 15000 cm³/min
50CrV4V
Inconel
Aço endurecido
(63 HRC)
TiAl6V4
AlCuMgPb
Ck45N
GG30
Figura 18: Taxas de remoção do cavaco de diversas operações [Grzesik 2016]1
1
GRZESIK, W. - Advanced Machining Processes of Metallic Materials - Theory, Modelling and Applications; Elsevier, 2016.
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