Usinagem I 2014.1 Parte 3 – Aula 17 Vida de Ferramentas Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Falha da Ferramenta 1. Falha por fratura. Esse modo de falha ocorre quando a força de corte, em um ponto da aresta de corte, se torna excessivamente alta, causando uma falha repenNna por fratura frágil. 2. Falha por temperatura. Essa falha ocorre quando a temperatura de corte é muito alta para o material da ferramenta, o que faz com que o material na região da aresta de corte amoleça, resultando em deformação plásNca e perda da aﬁação. 3. Desgaste gradual. O desgaste gradual da aresta de corte causa a perda da geometria da ferramenta, redução da eﬁciência do corte, aceleração do desgaste da ferramenta à medida que ela se torna mais desgastada e, ﬁnalmente, sua falha, de forma similar à falha por temperatura. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Avarias da Ferramenta •  Desgaste a)  Flanco b)  Cratera c)  Entalhe •  Deformações PlásNcas da Aresta de Corte •  Lascamento, Trincas e Quebra da Ferramenta Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Desgaste da Ferramenta Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ VB •  O desgaste de ﬂanco é medido pela largura média de desgaste, VB. •  Essa largura de desgaste é chamada marca de desgaste do ﬂanco. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ VB x Tempo Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Vida da Ferramenta Deﬁnição: É o tempo em que a ferramenta passa efeNvamente cortando, descontados os tempos passivos, até que ela aNnja um determinado critério de ﬁm de vida. O percurso de corte e de avanço deste tempo pode representar a vida da ferramenta. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Percurso de Corte e de Avanço •  Tempo de Vida da Ferramenta: T •  Percurso de Corte lc = ? •  Percurso de Avanço lf = ? Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Critérios de Fim de Vida A ferramenta deve ser subs;tuída quando: a) os desgastes e/ou avarias são tais que se receia a quebra da aresta – desbaste; b) Não é mais possível a obtenção de tolerâncias apertadas e/ou bons acabamentos – acabamento; c) A temperatura da ferramenta ultrapassa aquela em que a aresta perde o corte – ferramenta de A. R. (HSS) d) Aumento da força faz exceder a potência da máquina ou gera vibração Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Exemplo de Dados de Vida da Ferramenta f (mm/volta)
0,16
0,20
0,24
0,20
0,20
0,20
vc (m/min)
300
300
300
250
300
350
Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP lc da Vida (m)
1450
1530
1550
2600
1530
650
Fatores de Inﬂuência no Desgaste e na Vida da Ferramenta a) Condições de usinagem Maior inﬂuência vc, depois f, depois ap b) Geometria da ferramenta (exemplos) •  Quanto maior o ângulo de saída, menor a deformação do cavaco, menor a geração de calor e o desgaste da ferramenta. •  Qual a inﬂuência do angulo de posição χr e do ângulo de ponta εr ? Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Fatores de Inﬂuência na rugosidade Rugosidade teórica de uma peça torneada Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Fatores de Inﬂuência na rugosidade ap = 1mm; f = 0,2 mm; r = 0,8 mm.
18
Ra
16
Rmax
Rugosidade (Um)
14
12
10
8
6
4
2
0
150
200
250
300
350
vc (m/min)
Rugosidade da Peça X Velocidade de Corte (torneamento do Aço 4340) Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Fatores de Inﬂuência na rugosidade vc = 200 m/min; f = 0,2 mm/volta; r = 0,8 mm.
9
8
Rugosidade (Um)
7
6
5
Ra
4
Rmax
3
2
1
0
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
ap (mm)
Rugosidade da Peça X Profundidade de Usinagem (torneamento do Aço 4340) Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Fatores de Inﬂuência na rugosidade vc = 200 m/min; ap = 0,7 mm; r = 0,8 mm.
16
14
Rugosidade (Um)
12
10
Ra
Rmax
8
Rmax teorico
6
4
2
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
f (mm/volta)
Rugosidade da Peça X Avanço (torneamento do Aço 4340) Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Desgaste VB VB LIMITE Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Curva da Ferramenta (Diferentes Vc) VB LIMITE = 0,5 mm Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Curva de Vida da Ferramenta Determinação da Curva de Vida de uma Ferramenta: a)  Curvas de Desgaste em Função do Tempo de Usinagem; b)  Curva de Vida da Ferramenta. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Curva de Vida da Ferramenta Vc . Tn = C n e C -‐ constantes O valor de n é relaNvamente constante para um determinado material de ferramenta, enquanto o valor de C depende do material da ferramenta, do material da peça e das condições de corte. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ nselmo Diniz -‐ UNICAMP Curva de Vida da Ferramenta Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Curva de Vida da Ferramenta •  A Equação de Taylor mostra que velocidades de corte mais altas resultam em vidas mais curtas para a ferramenta. •  n é a inclinação da curva (expressa em termos lineares ao invés de na escala dos eixos) •  C é o valor da velocidade quando a curva intercepta o eixo das velocidades. C representa a velocidade de corte que resulta em uma vida de ferramenta de 1 min. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Curva de Vida da Ferramenta O problema com a Equação de Taylor é que as unidades do lado direito da equação não são consistentes com as unidades do lado esquerdo. Para que as unidades sejam consistentes, a equação deve ser expressa na forma: onde Tref = um valor de referência para C. Tref é simplesmente 1 min quando Vc está em m/min (pés/min) e T está em minutos. A vantagem aparece quando se deseja usar a equação de Taylor com outras unidades além de m/min (pés/min) e minutos. Por exemplo, se Vc esNver em m/s e a vida da ferramenta em s, Tref seria 60 s e C teria, o mesmo valor de velocidade apresentado na Eq. Taylor converNdo para unidades de m/s. A inclinação n teria o mesmo valor numérico. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Exemplo (15 min) Determine os valores de C e n no gráﬁco abaixo usando 2 dos 3 pontos da curva e resolvendo simultaneamente as equações. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Solução ou Equação de Taylor: Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Equação de Taylor Ampliada Vc. Tn . fm. app. Hq = K . Tnref . fmref. appref. Hqref f=avanço, mm (pol); ap=profundidade de corte, mm (pol); H=dureza, fornecida em uma escala de dureza apropriada; m, p, e q são expoentes determinados experimentalmente para as condições de operação; K=constante análoga a C. Simpliﬁcação: Vc. Tn . fm = K . Tnref . fmref Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Critérios alternaNvos para a vida da ferramenta Apesar do desgaste de ﬂanco ser o critério de ﬁm de vida da ferramenta na discussão anterior sobre a equação de Taylor, esse critério não é muito práNco no ambiente de uma indústria (diﬁculdades e do tempo necessário para medir o desgaste de ﬂanco). Critérios alternaNvos: 1.  inspeção visual da aresta de corte pelo operador da máquina para determinar quando deve ser trocada a ferramenta, 2.  degradação do acabamento superﬁcial da peça, 3.  troca da ferramenta após um determinado número de peças terem sido fabricadas e 4.  troca da ferramenta quando um determinado tempo de corte acumulado para a ferramenta Nver sido alcançado. Prof. Anna Carla -‐ MECÂNICA -‐ UFRJ Exercícios 1) Qual é a interpretação ssica do parâmetro C na equação de Taylor para a vida da ferramenta? 2) Quais são os critérios de vida da ferramenta usados nas operações de usinagem em produção? 3) Dados de desgaste de ﬂanco foram obNdos em uma série de ensaios usando uma ferramenta de metal duro revesNdo para tornear uma liga de aço endurecido com um avanço de 0,30 mm/
rot e uma profundidade de 4,0 mm. Analise a tabela de desgaste de ﬂanco a seguir: Vc = 125 m/min Vc = 165 m/min 1 min 0,12 mm 0,22 mm 5 min 0,27 mm 0,47 mm 11 min 0,45 mm 0,80 mm Falha 0,97 em 25 min 0,99 em 13 min (a)  Desenhe em um único gráﬁco com eixos lineares, as funções do desgaste de ﬂanco em relação ao tempo para as duas velocidades. Usando 0,47 mm de desgaste de ﬂanco como o critério de falha da ferramenta, determine as vidas da ferramenta para as duas velocidades de corte. (b)  Em um gráﬁco log-‐log natural, trace os seus resultados encontrados no item anterior. A parNr do gráﬁco, determine os valores de n e C da equação de Taylor para vida da ferramenta. (c)  A ttulo de comparação, repita o cálculo dos valores de n e C da equação Taylor resolvendo as equações sProf. imultaneamente. Os resultados de n e C são os mesmos? Anna Carla -‐ M
ECÂNICA -‐ UFRJ