Teoria da Usinagem dos Materiais

191 Pages·2009·55.307 MB·Portuguese

by  Alisson Rocha Machado

I··'
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) olivro.Ieorie dausitieqem d;;smat~riai$contém todos os princípios básicos
) sobre os processos de usínagem, apresentando os modelos econceitos
) imprescindíveis aoengenheiro envolvido com a matéria. Anomenclatura e a
simbofogia específicas da usinagem dos materiais são as mais atualizarias e a
)
aplicação destas éclaramente exemplificada. Aobra mostra, de maneira clara
)
edidática, aformação de cavacos, com modelos teóricos consagrados, os quals
)
permitem não só oentendimento mas também aaplicação nos cálculos de força
) epotência de usinagem. Esses conceitos se aplicam aqualquer outro processo
) de usinagem, independentemente dos materiais usinados, mesmo em compósitos
hoje largamente utilizados riaindústria aeroespacial. Osmodelos permitem a
)
previsão de resultados, bem como aseleção de máquinas eequipamentos.
o
livro aborda também os mais recentes avanços em materiais para ferramentas,
) de corte, suas aplicações evantagens, proporcionando uma visão bastante
) atualizada das melhores práticas em usinagem de materiais. Além desses
. ) tópicos, otexto apresentamodelos para avaliação econômica das operações
de usinagem, mostrando como as condições de corte, avanço, velocidade e
profundidade de corte podem tornar os processos mais produtivos, Por último,
)
os processos abrasivos são descritos e analisados com base nas mais recentes
)
. descobertas científicas nesta importante área de acabamento da usinagem.
)
) TEGíWi DAUS!NRGEIi0,13~
II!UJIIIIID.llUllaU'-ldUI fh
)
)
)
)
)
)
Álisson Rocha Machado
)
Alexandre Mendes Abráo .
)
Reginaldo Teixeíra Coelho.
)
Márcia Bacci da Silva
)
)
)
) Rosalvo Tiago Ruffino
) Revisor Técnico
)
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EDITORA 50 anos www.bJucher.com.br
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(
©2009 Álisson Rocha Machado
Alexandre Mendes Abrão (
Reginaldo Teixeira Coelho
(
Márcio Baccí da Silva
T
F'edição· 2009
'(
Éprozoída: (ttepró1tuçcW total 00;pw cial (
por quaisquer meios sem ciuorização
,(
escrita da editora
a. = penetração de trabalho (mm)
.(
EDITORA EDGARD BLÜCHER LTDA aI = penetração de avanço (mm)
Rua Pedroso Alvarenga, 1245 - 42andar ap '" profundidade ou largura de usinagern (mrn) (
04531-012 - SãoPaulo, SP- Brasil A = área da seção transversal de corte, área aparente entre -(
Fax: (55_11) 3079-2707
duas superfícies em contato (rnm')
Te1.:(55_11) 3078-5366 .(
e-mail: [email protected] A = fator deforma da fonte de calor, Equação (5.28)
-(
site: www.editora.com.br AI =fração de energia de deformação transfornada em calor, Equação (5.15)
= -(
, ImpressonoBrasil Printed en:Braeii Ail área de contato real entre duas superfícies em contato (mrrr')
b = largura de corte (mm) -(
ISBN978-85-212-0452-7 bd = largura atuante do dressador (mm) .{
C = custos CR$);constante par ferramenta-peça - Equação (5.1)
COtifOrm.At1cordo Ortogr4fico ..(
da.LCngl.LCL Portuguesa. BJ = proporção decalor queflui doplano de cisalhamento para apeça, Equação (5.15) ,
.(
Bz = proporção de calor que flui da interface cavaco-ferramenta para o cavaco
FICHA CATALOGRÁFICA c = calor específico dos materiais (JI'..<g.K) -(
d = diâmetro da peça (mrn) -(
Teoria da usínagern dos materiais IÁlisson Rocha Machado -
d, = diâmetro do rebolo (mm)
Alexandre Mendes Abrão - Regínaldo Teíxeira Coelho - Márcio Bacci ..(
d = diâmetro da peça sendo retificada (mm)
da Silva; Rosalvo Tiago Ruf:fino, revisor técnico. - São Paulo: Editora w ..,(
,Blucher, 2009. De = diâmetro do cortador em fresamento (rnm)
.(
e" = extensão da parte plana do quebra-cavacos tipo II-cratera (mm)
Bibliografia. f = avanço (rnm/rev) .J
ISBN978-85-212-0452-7
=
fc avanço de corte (rrun) .-../\
1.Materiais - Usinagern. I.Machado, Álisson Rocha. Il,Abrão, 1. = avanço efetivo (:rnrn)
j
Alexandre Mendes. II!. Ooelho, Reginaldo Teíxeíra. N.Silva,
1. = avanço por dente (mm/dente)
Mareio Bacci da. .(
F = força tangencíal sobre uma superfície em atrito (N)
CDD-670 Fc.p = força de apoio (N) ..(
Fo = força de corte (N) J
índices para catálogo sistemático: FI = força de avanço (N) J
F" = força passiva, ou de profundidade (N)
1.Materiais: Usínagem :Teoria: Tecnología 670 ,J
2. Usinagem dos materiais: Teoria: Tecnologia 670 F,,' = força de compressão (N)
-=--( /
-(
/
)
)
iv TEORIADAUSINAGEM DOSMATERIAIS SimbologiaUsada v
)
}
F,y ::::projeção da força principal de corte sobre asuperfície de saída Pa, = potência ativa (W)
) daferramenta nasua direção normal (N) Pc = potência de corte (kW)
) FIIZ = projeção da força principal de corte sobre oplano de cisalhamento PI = potência de avanço (kW)
nasua direção normal (N) Fm.c ::::potência do motor deacionarnento doeixoárvore (kVl)
)
) F; = projeção da força principal de corte sobre asuperfície de saída Pml ::::potência de acionamento do sistema deavanço (kW)
da ferramenta na Slladireção tangenciaJ (N) P potgncía r@iltivil (1')1)
ti
) FrR = forçaativa (N) q = energia específica naforma de calor ('-111m2)
) Fu ::::forçaresultante deusínagern (N) Q = energia naforma decalor CW)
Fz = projeção daforça principal de corte sobre oplano de cisalhamento r, = raio deponta da ferramenta (rnm)
)
nasua direção tangencíal (N) Te = raio de curvatura docavaco (mm)
) G = razão entre ovolume de material usínado, Zw,e oderebolo consumido, Zs raio decunha daferramenta (rnm)
T}j ee
) h = espessura de corte (rnm) R = proporção de calorquefluidafonte docorposemí-ínfmíto,resistência elétrica (Q)
) h' ::::espessura do cavaco (mm) R, '"grau derecalque
h", '" espessura de corte equivalente emretificação (rnm) S '" altura doquebra-cavacos postiço (mm)
hm '" espessura média de corte nofresamento (mm) S = área docavaco indeformado, ouda seção de corte (mrnê)
) I '" corrente elétrica (A) S. = passo dedressagem (rnrn/rev)
) leI '" corrente eficaz (A) S1I = relação entre avariação deresístêncía elétrica eavariação de comprimento
) k = constante na Equação (3.20), condutividade térmica domaterial (W/m.K) Sz == área doplano de cisalhamento (mrn-)
ks ::::pressão específica de corte (N/nunZ) t = tempo (s),altura doquebra-cavacos postiço (mm)
ksi ::::pressão específica de corte proporcional à espessura de corte (N/mm2·mm(J·?)) T == tempo devida de umaaresta de corte (mín)
K == difusividade térmica igualk/cp Cm~/s),constante daEquação deTaylor To == temperatura ambiente ('C)
=
L' comprimento do traço doplanode cisalhamento sobre oplano detrabalho (mm) Tz ::::temperatura devido aocisalhamento CC)
l, = comprimento de contato ferramenta-cavaco sobre asuperfícíe desaída, U grau derecobrimento na dressagem de rebolos
d '"
comprimento de contato rebolo-peça (mm) "» = velocidade de mínimo custo (rn/rnín)
Ir ::::distância entre a aresta decorte eocentro doraio decurvatura docavaco (mm) v == velocidade de corte (m/mín)
In ::::extensão do quebra-cavacos postiço (mm) v.ou == velocidade de saída docavaco (rn/rnín)
= comprimento de contato dentro da zona de aderência na interface v, = velocidade efetiva (m/mín)
cavaco-ferramenta (mm) v ::::velocidade de avanço (mrnlmin)
) L == parãmetro de velocidade para aEquação (5.31) vmf."1' = velocidade de maxírnaprodução (ro/min)
LI = percurso de avanço (mm) Vs = velocidade do rebolo emretificação (rn/s)
Lc = percurso de corte (mm) Vw == velocidade da peça sendo retificada (mmls)
L, == percurso efetivo (mm) v: = velocidade de císalhamento (m/rnín)
n == rotação da peça, ouferramenta (rpm); característica dopar ferramenta-peça, V '" tensão elétrica (V)
Equação (5.1) V:
:: tensão eficaz0l)
f
= número de trocas de arestas de corte Vg> Vb, e VI' =volumes de abrasivos, ligantes edeporos, respectivamente (%)
= força normal sobre uma superfície em atrito (N) TV = trabalho mecânico (JI)
= potência de retificação 0VJ z = número dearesta de corte da ferramenta
== potência aparente 01.A) Z :o número depeças emumlote
)
)
vi TEORIADAUSINAGEM DOSMATERIAIS
(
(
Zs '" volume derebolo consumido (mm-)
(
Zr '" número depeças usínadas comumaaresta de corte no tempo de vidaT
(
Z,. = volume dematerial retificado (mm')
(l-z) = expoente da Equação de Kienzle (
(
0-0 - ângulo defolgada.ferramenta (
ângulo de cunha da ferramenta; razão entre asforças tangencíal enormal
~o ::
sobre asuperfície de saída daferramenta (
W :::ângulo deatrito médio sobre asuperücíe desaída da ferramenta, INTRODUÇÃO À TEORIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS 1 (
sob açãodo cavaco 1.1 Principais operações de usinagem . 5
~z :::coeficiente de atrito interno. sobre oplano de cisa1hamento 1.2 Grandezas físicas no processo de corte. 13
Xr ::::ângulo deposição daferramenta 1.2.1 Movimentos '" 13
t,Y :;:e:spessura dalamela de cavaco (mrn) 1.2.2 Direções dos movimentos 14 (
t.S ::::deformação por clsalharnento (rnm) 1.2.3 Percursos da ferramenta na peça............................................ 16 (
e :::deformação verdadeira
1.2.4 Velocidades 16 (
e :::grau de deformação no cisa.lhamento
o
1.2.5 Conceitos auxiliares 17 (
e, :::ângulo de ponta da ferramenta
1.2.6 Grandezas de corte 19
<p :::: ângulo da direção de avanço (
4 :::ângulo de cisalhamento 1.2.7 Grandezas relativas ao cavaco 21
(
10 ::::ângulo de saída daferramenta Referências bibliográficas....... 23
(
J.L ::: coeficiente deatrito para ocaso governado pelo modelo deCoulomb
.'(
p == ângulo entre aforça de usinagern Fue acomponente FN; densidade (kg/m"); 2 GEOMETRIA DA FERRAMENTA DECORTE : :...... 24
resistividade elétrica (Q) 2.1 Definições 24 (
crJ :::: tensão normal limite para transição entre oatrito seco de Coulombeoatrito 2.2 Sistemas de referência........................................................................ 27 .(
de cisalhamento domaterial maisfraco sem zona de transição (N/mm2)
2.2.1 Planos do sistema de referência da ferramenta..................... 27 (
cr tensão normal limite para transição entre oatrito seco de Coulombe o atrito
j '" 2.2.2 Ângulos do sistema de referência da ferramenta......... 33
(
de cisalhamento domaterial maisfraco comzona de transição CN/mmZ)
ar. = tensão de compressão sobre asuperfície de saída da ferramenta (N/mm2) 2.3 Funções einfluência dos principais ângulos da cunha cortante 38 .(
\)f4. =: tensão normal média que atua na superfície de saída daferramenta (N/mm2) 2.4 'Outros atributos da cunha cortante 39 - (
0z = tensão normal sobre aoplano de císalharnento (N/romZ) Referências bibliográficas , : '" 40 ~(
'ts, '" tensão de cisalhamento liroitepara-a proporcionalidade entre atrito seco -
ede císalharnento (N/mmZ) 3 FORMAÇÃO DECAVACOS.......................................................................................... 41 (
'tz .= tensão de císalhamento sobre oplano de cisalhamento (N/mmZ) 3.1 Corte ortogonal. 43 /(
v coeficiente dePoísson
=: 3.2 Relações cinemáticas egeométrícas no corte ortcgonal.i....; 45 (
.'
í[ := ângulo da direção efetiva de corte 3.3 Tipos de cavacos.................................................................................. 50 -
e (
= temperatura (K,°C):
3.3.1 Cavacos contínuos................................................................... 51
Às = ângulo de inclínação daferramenta -(
3.3.2 Cavacosparcialmente contínuos 52
---.-(
I
j(
(
)
)
viii TEORIADAUSINAGEM DOSMATERIAIS Conteúdo íx
) .
3.3.3 Cavacos descontínuos 53 5 TEMPERATURA NO PROCESSO DEUSfNAGEM. 113
)
3.3.4 Cavacos segmentados 53 5.1 Temperatura na formação de cavacos: Modelo de Trígger E. Chao 124
) 3.4 Formas de cavaco :........ 55 5.2 Temperatura na formação de cavacos: Modelo de Loewen e Shaw 128
) 3,5 Controle do cavaco , , , 57 5.2.1 Temperatura no plano de cisalhamento (Tz) 136
3.5.1 Quebra-cavacos postiço 59 5.2.2 Temperatura na interface ferramenta/cavaco (Tf): 138
)
3.5.2 Quebra-cavacos mtegrãl, tipo 1:anteparo 59 5.3 Temperatura na formação de cavacos: FEM (Método dos
)
3.5.3 Qu.ebra-cavacos integral, tipo II: cratera.... 60 elementos finitos) 143
)
3.6 Interface fenamenta/cavaco............................................................... 63 5.4 Temperatura na formação de cavacos: estimativas experimentais .. 144
) 3,6.1 Atrito no corte de metais 65 5.4.1 Termopares inseridos na ferramenta 145
) 3.6.2 Zona de aderência 69 5,4.2 Termopar ferramenta/peça 148
3.6.3 Zona de escorregamento......................................................... 71 5.4.3 Radiação infravermelha 150
)
3.6.4 Aresta postiça de corte CAPC) 71 5.4.4 Vernizes termosensíveis................................ 151
)
3.6.5 Influência das diferentes condições da interface 5.4.5 Propriedades metalográficas. 152
nas variáveis do processo..... 72 5.4.6 Sais com diferentes temperaturas de fusão 154
) Referências bibliográficas 75 5.4.7 Filmes depositados por PVD.... 154
) Referências bibliográficas.............. 155
4 FORÇA EPOTÊNCIA DEUStNAGEM......................................................................... 77
)
4.1 Força de usinagern no corte oblíquo (trídímensional) 77 6 FLUIDOS DECORTE 157
)
4.2 Força de usinagem no corte ortogonal (bidimensional) 79 6,1 Funções dos fluidos de corte 158
4.2.1 Tensões no plano de cisalharnento secundário...................... 82 6.2 Classificação dos fluidos de corte 161
) 4.3 Determinação teórica do ângulo de cisalhamento..................... 83 6.2.1 Óleos , 162
) 4.3.1 Teoria de Ernst e Merchant........ 83 6.2.2 Emulsões , 162
4.3.2 Teoria de Lee e Shaffer 85 6.2.3 Soluções 163
)
4.4 Determinação teórica da força de corte.................................... 90 6.3 Aditivos 164
)
4.4.1 Determinação teórica da pressão específica de corte 6.4 Considerações a respeito da utilização de fluidos de corte 165
) no tomeamento , ,.............................. 93 6.5 Direções de aplicação do fluido de corte 167
) 4.4.2 Determinação teórica da pressão específica de corte 6.6 Métodos de aplicação dos fluidos de corte 168
) no fresamento........................... 96 6.7 Seleção do fluido de corte 170
4.5 Determinação experimental da força de usínagem (métodos de 6.7.1 Recomendações quanto ao material da peça 170
)
medição) ~............................................................ 98 6.7.2 Recomendações quanto ao material da ferramenta 172
)
4.5.1 Princípio de medição por extensômetros (straín gauges).... 98 6.7.3 Recomendações quanto à operação de usinagem 173
) 4.5.2 Princípio de medição por cristais píezcelétricos " 104 Referências bibliográficas 174
) 4.6 Fatores que influenciam aforça de usínagem 105
) 4.7 Potência de usínagern.. 105 7 MATERIAIS PARA FERRAMENTAS DECORTE........................................................ 176
4,8 Medição de potência em usínagem 107 7.1 Aços-carbono eaços ligados 177
)
Referências bibliográficas....................................... 111 7.2 Aços rápidos. 179
)
(
x TEORIADAUSINAGEM DOSMATERIAIS Conteúdo xi
(
.
.',~
(
7.2.1 Aço rápido revestido 187 9.1.2 Cálculo teórico da rugosidade no processo
de tornearnento 284 (
7.2.2 Aço rápido produzido pela metalurgia do pó 188
9.1.3 Cálculo teórico da rugosidade para a operação (
7.3 Ligas fundidas......... 189
de fresamento.......................................................................... 285
7.4 Metal duro : 192 (
9.1.4 Medição da rugosidade 286
741 F2bricação do met.al duro . .. 197 (
D.U) Efeitos de alguns parâmetros de llsínagem na rugosidade 288
7.4.2 Metal duro revestido 200
9.2 Alterações subsuperfíciais 292
7.5 Cermets...... 206
9.2.1 Alterações de natureza mecânica 292
7.6 Cerâmicas 208 9.2.2 Alterações de natureza metalúrgíca.... 293
7.6.1 Cerâmica àbase de AlzO$ 211 9.3 Avaliação da integridade superficiaL : 293
7.6.2 Cerâmica àbase de Si3N4 ..•.••.......•..•.........•.•..•.•..•.•.•...•.•.•.•..... 214 9.3.1 Tensão residual 294
7.7 Materiais ultraduros para ferramentas 216 9.3.2 Fadiga : , 298
7.8 Seleção de materiais para ferramentas de usínagern ,......... 222 9.4 Influencia dos parârnetros eda operação de usinagem sobre
.a integridade superficial........... 299
Referências bibliográficas...... 227
Referências bibliográficas 302
8 AVARIAS, DESGASTES EMECANISMOS DE DESGASTE
10 CONDIÇÕES ECONÔMICAS DECORTE 305
DAS FERRAMENTAS DECORTE................................................................................ 231
10.1 Cálculo da velocidade de máxima produção (Vm,xp)............... 306
8.1 Avarias nas ferramentas de corte....... 233
10.2 Cálculo da velocidade econômica de corte 01 311
8.1.1 Avaria de origem térmica 234 0) .•••••••••••.••.•..••••..•••.•
10.3 Intervalo de máxima eficiência ermer) · 316
8J2 Avarias de origem mecânica 242
Referências bibliográficas 317
8.2 Desgaste nas ferramentas de corte 246
8.3 Mecanismos de desgaste 251 11 USfNAGEM POR ABRASÃO 318
8.3.1 Deformação plástica superficial por císalhamento a altas 11.1 Grandezas físicas das operações de retificação 321
temperaturas (Figura 8.19) 252 11.2 Rebolo..................................................................... 324
8.3.2 Deformação plástica da aresta de corte sob altas tensões 11.3 Mecanismo de corte na retificação 330
11.4 Dressagern 332
de compressão (Figura 8.19) 254
11.5 Forças epotência de retificação....................................................... 335
8.3.3 Difusão (Figura 8.19) 256 .,'(
11.6 Temperatura de retificação ; 337
8.3.4 Aderência e arrastamento: attritíon (Figura 8.19) , 258
-(
11.7 Pluidos de corte................. 340
8.3.5 Abrasão (Figura 8.19) : 260
11.8 Operações especiais de retificação 341 ~(
8.3.6 Desgaste de entalhe (Figura 8.19) 262
11.8.1 Retificação creepfeeâ 341 --C
8.4 Curva de vida das ferramentas 267
11.8.2 Retificação sem centros (centerless) 342
Referências bibliográficas 273 Referências bibliográficas....... 344 -'(
_.(
9 INTEGRIDADE SUPERFiCiAL...................................................................................... 276 12 ASPECTOS TECNOLÓGICOS ERECOMENDAÇÕES................................................ 345
-(
9.1 Rugosidade 278 12.1 Aços-carbono e ligados 348
._(
9.1'. Parãrnetros para a quantificação da rugosídade 280 12.2 Aços ínoxidáveis.; 350
---(
xii TEORIADAUSINAGEM DOSMATERIAIS
)
12.3 Ferro fundido (FoFo) 353
)
12.4 Ligas termo-resistentes esuperligas (HSTR, do inglês Hígh
)
Strenght Thermal Resistant Superalioys) :.......... 356
) 12.5 Cornpósitos 359
) 12.6 Materiais endurecidos 359
12.7 Efeitos de diversos elementos de liga na usinagem 361
)
Referências bibliográficas........... 363
)
Até meados do século XVTII, o principal material utilizado para peças, em
) APÊNDICE A1- Valores dos coeficientes da equação de Kienzle para o
engenharia, era a madeira, salvo raras exceções, a qual era usinada com ferra-
) Torneamento dos principais materiais metálicos
mentas de aço-carbono. Com a Revolução Industrial, novos e mais resistentes
) (catálogo Sandvik, 2002.8) 364 materiais apareceram, impulsionando odesenvolvimento dos aços-liga como fer-
) ramentas de corte. Mais tarde, a utilização da água e do vapor como fontes de
APÊND ICEA2 - Valores dos coeficientes da equação de Kienzle para o
energia impulsionaram a indústria metal-mecânica, já no final do século XVIIIe
Fresarnento dos principais materiais metálicos
Início do século XIX, propiciando assim oaparecimento de máquinas-ferramentas
) (catálogo Sandvik 2002.2) 367
responsáveis pela fabricação de outras variedades de máquinas e instrumentos
)
em substituição ao trabalho humano em diversas atividades. Aprimeira contribui-
) ção relevante foiapresentada por John Wilkinson, em 1774 (McGEOUGH; 1988),
) ao construir uma máquina para mandrilar cilindros de máquinas avapor, os quais
antes eram usinados com equipamentos originalmente projetados para rnandrilar
)
canhões e que,portanto, não eram capazes de assegurar a exatidão exígida.
)
Osmateriais aprincípio utilizados na fabricação de máquinas avapor eram
)
oferro fundido, olatão e o bronze, facilmente usinados com as ferramentas de
)
aço-carbono temperado disponíveis na época. Ainda assim, eram necessários
) 27,5 dias de trabalho para mandrilar um dos cilindros de uma máquina de gran-
) de porte (TRENT, 1985).
) Em 1797, Henry Maudslay desenvolveu o primeiro torno com avanço au-
tomático, permitindo a produção de roscas com passo defuudo, Após a rnan-
)
driladora e o torno surgiu a plaínadora e, em 1860, a retíãcadora. A primeira
)
.fresadora universal, desenvolvida por J. R. Brown, surgiu em 1862 efoiutilizada
)
Inicialmente para a produção de canais em brocas helicoidais. Outro desenvol-
) vimento importante ocorreu em 1896, quando F. W.Fellows desenvolveu uma
máquina capaz de produzir praticamente qualquer tipo de engrenagem.
) Já no século XX surgiram produtos feitos de materiais mais duráveis e,
consequentemente, mais diliceis de serem usínados. Oadvento das ferramentas
)
de aço rápido, emais tarde de carboneto de tungstênio, permitiu ausínagern de
)
)
(
nos Introdução àTeoriadaUsinagem dosMateriais 3 -(
2 TEORIA DAUStNAGEM MATERIAIS
aços e de 'outros materiais metálicos com produtividade crescente, também fa- . de UJ.-r\ método em particular vai depender de um grande número de fatores.
Além disso, na maioria das vezes, oproduto final é resultado de muitos proces-
vorecída pelos avanços tecnológicos no campo das máquinas-ferramentas, como
sos diferentes. Na.seleção de processos, segundo Kalpakjían (1995), os seguin-
odesenvolvimento de máquinas automáticas e,mais tarde, de máquinas coman-
dadas numericamente (CN). Por fim, apartir da década de 1940, os processos tes fatores devem ser considerados:
não convencionais de usinagem passaram aganhar importância nela capacidade • Tipo do material e suas propriedades.
--(
de produzir peças de geometria complexa em materiais de difícil usínabilidade, • Propriedades finais desejadas.
garantindo assim acabamento de elevada qualidade etolerâncias estreitas. • Tamanho, forma ecomplexidade do componente. v(
Segundo Kalpakjian (1995), em países industrializados, a atividade ma- "~r
• Tolerâncias e acabamento super.ficial exigidos.
nufatureíra responde por 20% a 30% do Produto Interno Bruto e serve de indi- ,~(
• Processo subsequente envolvido.
cativo confiável do padrão de vida da população do país. Em um contexto mais
• Projeto e custo de ferrarnental; efeito do material na vida da ferramenta -(
amplo, amanufatura pode ser entendida como oprocesso de transformação de
ou matriz. ,,(
matérias-primas em produtos acabados, seguindo planos bem organizados em
• Sucata gerada e seu valor. --r
todos os aspectos. Dessa forma, os mais diversos bens de consumo são produ-
• Disponibilidade do equipamento e experiências operacionaís.
zidos, desde um simples parafuso até uma.aeronave comercial de grande porte (
~-
(aproximadamente seis milhões de peças), passando pelo automóvel (cerca de • Leaâ time necessário para iniciar aprodução. ---r
quinze mil peças). Já otermojabricação é empregado de forma mais restrita, • Número de partes requerídas e taxa de produção desejada.
-(
limitando-se aos processos nele envolvidos.
• Custo total do processamento.
Para se ter uma idéia dos fatores relacionados à.atividade rnanufatureira , , (
Kalpakjian (1995) usa o exemplo da produção de um simples artigo: o clipe. o - (
engenheiro responsável deve ter, portanto, amplos conhecimentos dos
Primeiro ele deve ser projetado para atender ao seu requisito funcional: manter
processos e dos materiais envolvidos. É evidente que a fabricação de um pro- '- (
juntas várias folhas de papel. Para tanto, deve exercer força suficiente afim de
duto, seja ele um clipe, uma lâmpada, uma calculadora ou um automóvel, além ~J
evitar o deslízamento de uma folha sobre a.outra. Geralmente, é feito de arame
de conhecimentos de projeto, materiais e processos, requer também grande --
de aço, embora hoje se encontrem no mercado clipes de plástico. Ocomprimento (
interação entre os diversos departamentos da empresa. Quanto mais complexo
do arame necessário à sua fabricação. é cortado e então dobrado várias vezes , -.' (
oproduto, maior anecessidade de comunicação entre eles.
para dar forma final ao produto. Por sua vez, o arame éfeito por um processo de ~(
AFigura LI mostra a classificação dos processos elefabricação (FERRA-
tre.filação a frio, no qual a seção transversal de uma barra é reduzida ao passar
J
RESI, 1977), na qual se destaca ausinagem, objeto principal tratado neste livro.
por uma matriz (ou fíeíra) ,a qual também confere algumas propriedades mecâ-
Ao observar essa figura, a seguinte definição de usinagem pode ser extraída: -- (
nicas ao material, corno resistência mecânica e dureza. A barra, por sua vez, é
obtida por processos como trefílação eextrusão de um lingote fundido. Portanto, processo defabricaçâo com remoção de cavaco. Uma definição mais abran- (
gente é a seguinte: operação que ao conferir à peça forma, dimensões e
afabricação de um simples clipe envoíve projeto, seleção de material adequado (
acabamento, produz cavaco. E por cavaco entende-se: porção de maiericu
e de um método de fabricação para atender aos requisitos de funcionalidade do
(
da peça retirada pela ferramenta e caracterizada por apresentar forma
produto. As escolhas são feitas não somente com base em requisitos técnicos,
(
mas também com base em considerações econômicas, visando rnínímízar os cus- geométrica irregular.
tos de produção para que oproduto possa ser competitivo no mercado. Ausínagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular (
do mundo, transformando em cavacos algo em torno de 10% de toda aprodu-
Nos processos de fabricação, geralmente haverá mais de um método que
ção de metais e empregando dezenas de milhões de pessoas (TRENT, 1985).
poderá ser empregado para produzir um determinado componente. A seleção
TEORIA DAUSINAGEM DOSMATERIAIS Introdução àTeoriadaUsinagem dos Materiais 5
)
J
Apesar dessa popularidade, trata-se deum processo bastante imprevisível ea A usinagem tem ainda a peculiaridade de ser um processo essencial-
)
definição paradoxal que se segue relata com exatidão toda asistemática que mente prático e que envolve um elevado número de variáveis. Shaw (1984)
)
o envolve:processo complexo esimples aomesmo tempo)no qual sepro- afirma que é praticamente impossível prever o desempenho no corte dos
) duzem peças removendo-se o excessodematerial naforma de cavacos.É metais. Entretanto, isso não significa que estudos detalhados dos processos
J um processo complexo devido às dificuldades em determinar as Imprevisíveis de usinagern não têm valor. Cada ponto fundamental que é detalhadament.e
) COI[.diçõ-es-td-eats-de-corte:=E-stmMepserque, uma-vez determ-lna(ias-essasc.on~ estudado einterpretado de maneira adequada contribui para oentendimen-
diçóes, ocavaco se forma corretamente, dispensando qualquer tipo de inter- to do processo, oprocedimento mais próximo da capacidade de prever seu
)
venção do operador. As condições ideais de corte são as capazes de produzir
comportamento.
) peças dentro de especificações de forma, tamanho e acabamento ao menor
De acordo com Black (1995), a irnprevisíbilidade da usinagem se deve
) custo possível.
ao fato de esse ser o único processo de deformação plástica cuja única res-
)
trição é oferecida pela ferramenta. de corte. Além disso, ausínagern envolve
) •Torneamento altas deformações combinadas com altas taxas de deformação. A variedade
•Fresamento
t de opções para os parâmetros de entrada. do processo resulta em infinitas
·.!·'Furaçáo ': . .
.~Aplainamento " combinações e há apenas três maneiras de lidar com tal complexidade: por
J
•Mandrilarnento ..~
•Convencional meio da experiência adquirida por sucessivas tentativas e erros ao longo dos
) •Serramento
-Brochemento anos, além de comparações com situações análogas; por meio da experimen-
) •·Roseamento
tação, que é onerosa, demorada e restrita a uma determinada situação, não
, Retificação ete.
)
I. podendo ser generalizada; e por intermédio de modelos teóricos, que vão
, Com remoção Usinagem
) ·de cavaco t· .... ·.Jatod'água desde modelos matemáticos símplístas até sofisticados modelos numéricos.
) ,Jato abrasivo Em geral, nenhuma dessas abordagens é capaz de, sozinha, encontrar solu-
•Fluxo abrasívo
) -Ultràsorn ções satistatõrias, sendo recomendada a combinação de duas delas, ou mes-
·.Eletro.química
mo das três abordagens .
)
• Não-convenctonalÍ" Eletroerosão '~
•"Feixede elétrons .t
i•
Processos de 't , Laser
fabricação ··'Plasma 1.1 PRINCIPAIS OPERAÇÕES DEUSINAGEM
·-Química '~
A seguir, as principais operações de usinagem convencional executadas
'-Fotoquímíca ete. }
comferramentas de geometria definidasãoapresentadas eagrupadas de acordo
-'Fundição
com a máquina-ferramenta empregada. As operações de usinagem por abra-
.: ·Soldagem
:: ·','Metalurgia são, ouseja, realizadas comferramenta sem geometria definida, serão tratadas
. ." "d~:pÓ'.. •..
'Laminação posteriormente. Éimportante salientar que todas as operações apresentadas a
,!.semremoção: . - .: :'Extrusão
) ..•... decavaco:·;:: 'Coriformaçáo:.Trsfifação seguir podem ser subdivididas emdesbaste eacabamento. Nodesbaste, aprin-
. . ., Forjamento cipal preocupação é garantir elevada taxa de remoção de material, sendo, por-
•Estarnpaçern
tanto, limitadopela potência damáquina-ferramenta. Noacabamento, quando o
sobrernetal deixado pela operação de desbaste é removido, aqualidade final do
componente é príoritãría.
)